S e m i n á r n í p r á c e : U r a m p a + V r a m p a



Podobné dokumenty
VY_52_INOVACE_2NOV42. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 8.

Spolupracovník/ci: Téma: Měření setrvačné hmotnosti Úkoly:

Příklad 5.3. v 1. u 1 u 2. v 2

Laboratorní úloha č. 3 Spřažená kyvadla. Max Šauer

MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

mechanická práce W Studentovo minimum GNB Mechanická práce a energie skalární veličina a) síla rovnoběžná s vektorem posunutí F s

Jméno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datum vytvoření: Číslo DUM: VY_32_INOVACE_19_FY_B

3. Vypočítejte chybu, které se dopouštíte idealizací reálného kyvadla v rámci modelu kyvadla matematického.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Mechanické kmitání a vlnění

MECHANICKÉ KMITÁNÍ POJMY K ZOPAKOVÁNÍ. Testové úlohy varianta A

Praktikum I úloha IX. Měření modulu pružnosti v tahu

Obsah. Kmitavý pohyb. 2 Kinematika kmitavého pohybu 2. 4 Dynamika kmitavého pohybu 7. 5 Přeměny energie v mechanickém oscilátoru 9

Laboratorní práce č. 2: Měření velikosti zrychlení přímočarého pohybu

(test version, not revised) 9. prosince 2009

POKUSY S PRAKEM Václav Piskač, Brno 2014

3.1 Magnetické pole ve vakuu a v látkovén prostředí

Řešení úloh 1. kola 60. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie D Autor úloh: J. Jírů. = 30 s.

DUM označení: VY_32_INOVACE_... Jméno autora výukového materiálu: Ing. Jitka Machková Škola: Základní škola a mateřská škola Josefa Kubálka Všenory

BIOMECHANIKA KINEMATIKA

KINEMATIKA HMOTNÉHO BODU. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Mechanika - 1. ročník

Metodický list. Název materiálu: Měření rychlosti zvukovým záznamem. Autor materiálu: Mgr. Martin Havlíček

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

(2) 2 b. (2) Řešení. 4. Platí: m = Ep

Měření momentu setrvačnosti

Měření součinitele smykového tření dynamickou metodou

Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,2 m. Graf závislosti dráhy s na počtu kyvů n 2 pro h = 0,3 m

MECHANICKÉ KMITÁNÍ. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 3.A

6. MECHANIKA TUHÉHO TĚLESA

Přípravný kurz z fyziky na DFJP UPa

NÁKLONĚNÁ ROVINA A KYVADLO ROZUMÍME JIM?

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

Fyzikální vzdělávání. 1. ročník. Učební obor: Kuchař číšník Kadeřník. Implementace ICT do výuky č. CZ.1.07/1.1.02/ GG OP VK

ZVUKOVÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Laboratorní práce č. 3: Měření součinitele smykového tření

BIOMECHANIKA. 7, Disipativní síly I. (Statické veličiny, smyková třecí síla, nakloněná rovina, odporová síla)

BIOMECHANIKA. Studijní program, obor: Tělesná výchovy a sport Vyučující: PhDr. Martin Škopek, Ph.D.

Druhy a přeměny energie

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. úloha č. 10 Název: Rychlost šíření zvuku. Pracoval: Jakub Michálek

5. Pro jednu pružinu změřte závislost stupně vazby na vzdálenosti zavěšení pružiny od uložení

Rychlost, zrychlení, tíhové zrychlení

Projekt z volitelné fyziky Výtok kapaliny otvorem ve stěně

Fyzikální veličiny a jednotky, přímá a nepřímá metoda měření

BIOMECHANIKA. 9, Energetický aspekt pohybu člověka. (Práce, energie pohybu člověka, práce pohybu člověka, zákon zachování mechanické energie, výkon)

Základní pojmy Rovnoměrný přímočarý pohyb Rovnoměrně zrychlený přímočarý pohyb Rovnoměrný pohyb po kružnici

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

pracovní list studenta

4. V jednom krychlovém metru (1 m 3 ) plynu je 2, molekul. Ve dvou krychlových milimetrech (2 mm 3 ) plynu je molekul

1 _ 2 _ 3 _ 2 4 _ 3 5 _ 4 7 _ 6 8 _

Elektřina a magnetismus úlohy na porozumění

Jednoduché stroje. Mgr. Dagmar Panošová, Ph.D. KFY FP TUL

Husky KTW, s.r.o., J. Hradec

PRÁCE, VÝKON, ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 1. ročník - Mechanika

Název: Studium kmitů hudebních nástrojů, barva zvuku

3 Mechanická energie Kinetická energie Potenciální energie Zákon zachování mechanické energie... 9

Digitální učební materiál

OTAČIVÉ ÚČINKY SÍLY (Jednoduché stroje - Páka)

Obsah: 1 Značky a jednotky fyzikálních veličin 2 _ Převody jednotek 3 _ Pohyb tělesa _ Druhy pohybů _ Rychlost rovnoměrného pohybu...

Několik nápadů o volném pádu. Pracovní listy

Jednotky zrychlení odvodíme z výše uvedeného vztahu tak, že dosadíme za jednotlivé veličiny.

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

POHYBY TĚLES / VÝPOČET ČASU

Laboratorní úloha č. 4 - Kmity II

ROVNOMĚRNĚ ZRYCHLENÝ POHYB

Buffonova jehla. Jiří Zelenka. Gymnázium Zikmunda Wintra Rakovník

s 1 = d t 2 t 1 t 2 = 71 m. (2) t 3 = d v t t 3 = t 1t 2 t 2 t 1 = 446 s. (3) s = v a t 3. d = m.

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

VY_52_INOVACE_2NOV51. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 8.

Zadání programu z předmětu Dynamika I pro posluchače kombinovaného studia v Ostravě a Uherském Brodu vyučuje Ing. Zdeněk Poruba, Ph.D.

4. Práce, výkon, energie a vrhy

ÍKLAD Rychlost st ely = 4 gramy = 1 tuny = 20,4 cm zákon pohybová energie náboje polohovou energii t p e el e n l ou en e e n r e gi r i

Mechanika tuhého tělesa

Úlohy pro samostatnou práci k Úvodu do fyziky pro kombinované studium

2.1 Pokyny k uzavřeným úlohám. 2.2 Pokyny k otevřeným úlohám. Testový sešit neotvírejte, počkejte na pokyn!

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Obsah. 2 Moment síly Dvojice sil Rozklad sil 4. 6 Rovnováha 5. 7 Kinetická energie tuhého tělesa 6. 8 Jednoduché stroje 8

Hydromechanické procesy Hydrostatika

Mechanická práce a. Výkon a práce počítaná z výkonu Účinnost stroje, Mechanická energie Zákon zachování mechanické energie

b) Maximální velikost zrychlení automobilu, nemají-li kola prokluzovat, je a = f g. Automobil se bude rozjíždět po dobu t = v 0 fg = mfgv 0

Přípravný kurz - příklady

GRAF 1: a) O jaký pohyb se jedná? b) Jakou rychlostí se automobil pohyboval? c) Vyjádři tuto rychlost v km/h. d) Jakou dráhu ujede automobil za 4 s?

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

Dynamika pro učební obory

Zákon zachování energie - příklady

Fyzikální korespondenční škola 2. dopis: experimentální úloha

Fyzika - Kvinta, 1. ročník

[GRAVITAČNÍ POLE] Gravitace Gravitace je všeobecná vlastnost těles.

Práce, výkon, energie

8= >??> A A > 2= B A 9DC==

TŘENÍ A PASIVNÍ ODPORY

ÚLOHA 1 Ladi = 100 Hz = 340 m/s Úkoly: lnovou d él é ku k periodu T frekvenci f =? vlnovou délku =?

Měření momentu setrvačnosti prstence dynamickou metodou

Mechanické kmitání (oscilace)

EVROPSKÝ SOCIÁLNÍ FOND. Pohyb fyzika PRAHA & EU INVESTUJEME DO VAŠÍ BUDOUCNOSTI. J. Cvachová říjen 2013 Arcibiskupské gymnázium Praha

POHYB TĚLESA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Sekunda

Laboratorní práce č. 3: Měření vlnové délky světla

Fyzika 1 - rámcové příklady Kinematika a dynamika hmotného bodu, gravitační pole

Úvod do analytické mechaniky

Transkript:

S e m i n á r n í p r á c e : U r a m p a + V r a m p a Popis úlohy Tato úloha se má zabývat vzájemnými přeměnami potenciální a kinetické mechanické energie na dvou dráhách: U rampě a V rampě. U rampa je dráha ve tvaru U, po které se těleso může valit bez ostrých zlomů. V rampa se skládá ze dvou nakloněných rovin a jednoho místa ostrého zlomu v dolní poloze. Teorie Na začátku měření umístíme těleso do horní polohy, čímž získá potenciální energii o velikosti E p = m g h. Ta se pohybem dolů přemění na energii kinetickou, a to zčásti na kinetickou energii posuvného pohybu E kp = 1 2 m v2 a zčásti na kinetickou energii otáčivého pohybu E ko = 1 2 J 2. Tato energie E k (= E kp + E ko ) se potom jízdou nahoru přemění opět na energii potenciální. Těleso by tedy mělo vystoupat do stejné výše. Budou zde ovšem působit různé odporové síly bránící pohybu. Při ostrém zlomu uprostřed V dráhy se pro pohyb nahoru navíc využije pouze část kinetické energie, zbytek se při průjezdu zlomem přemění na jiný druh energie a způsobí deformaci. (Ta se projeví vznikem zvuku a u pružných těles následným vyskákáním cesty nahoru místo prosté jízdy po desce.) Poměr, ve kterém se energie rozdělí, je závislý na úhlu α mezi nakloněnými rovinami. V této úloze budeme uvažovat pouze úhel 90,180. Pokud bude úhel menší než 90, těleso nemůže pokračovat dále, pokud bude větší než 180, půjde o jinou úlohu (vrh). Pomůcky Při měření této úlohy byly použity tyto předměty: ohybatelný plech držící tvar ( U rampa); klíny na jeho podložení; rovné, pevné desky ( V rampa); tělesa schopná pohybu po dráhách (pingpongový, hopík, skleněná na hru Kuličky, plastová přibližně, tenisový, plná plechovka, plastová nádobka válcového tvaru se sypkým obsahem); svinovací ocelový metr; pravoúhlý trojúhelník; posuvné měřidlo, váhy Měření a vypočítané hodnoty Vlastnosti těles Pingpongový m = 2 g d = 3,975 cm m = 8 g d = 2,500 cm Skleněná m = 5 g d = 1,640 cm Plastová m = 1 g d = 1,150 cm Tenisový m = 46 g m = 172 g m = 68 g d = 6,135 cm d = 5,470 cm d = 5,990 cm Strana 1 z 6

U rampa výška krajních poloh: h = 30 cm Popis měření na U rampě Měřené těleso jsem umístil do jedné z horních krajních poloh. Vzhledem k ne úplně pravidelnému tvaru dráhy jsem obě krajní polohy u jednotlivých měření pravidelně střídal. Měřil jsem počet period, které těleso vykoná, než se zastaví, a čas, za který toto zastavení nastane. Do tabulek jsem zahrnul ještě první výpočet podíl počtu period a času neboli frekvenci. Hlavička tabulky, která je žlutě podbarvena, je u všech tabulek stejná, a proto je uvedena pouze jednou. Pingpongový 1 2 3 4 5 Průměr Čas (s) 20,20 24,01 23,36 21,48 23,38 22,49 Periody 13 15 14 14 15 14 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,62 0,60 0,65 0,64 0,63 Čas (s) 27,10 22,78 25,98 24,22 21,84 24,38 Periody 20 15 17 16,5 14 17 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,66 0,65 0,68 0,64 0,68 Skleněná Čas (s) 16,68 14,88 15,84 12,82 10,81 14,21 Periody 11 10 12 8 6 9 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,67 0,76 0,62 0,56 0,66 Plastová Čas (s) 7,90 7,13 8,40 6,04 9,06 7,71 Periody 5 4 4 3 7 5 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,56 0,48 0,50 0,77 0,60 Tenisový Čas (s) 9,15 8,30 8,10 8,48 8,57 8,52 Periody 6 5 5 5,5 5,5 5 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,60 0,62 0,65 0,64 0,63 Čas (s) 47,78 74,96 77,10 83,40 80,04 72,66 Periody 33 53 64 68 67 57 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,71 0,83 0,82 0,84 0,78 Čas (s) 1,40 2,18 1,67 1,94 1,64 1,77 Periody 1 1,5 1,5 1,5 1 1 Period za sekundu (Hz) 0,60 0,69 0,90 0,77 0,61 0,74 V rampa (1. varianta) h 1 = h 2 = 13,5 cm (označení odpovídá obrázku na 1. stránce) l 1 = l 2 = 55,5 cm Na V rampě jsem měřil čas jízdy od horní polohy ke zlomu, čas jízdy od zlomu do horní polohy na opačné straně a vzdálenost s, kterou těleso ujede nahoru, než se zastaví. Z těchto údajů je možné stanovit rychlost jízdy dolů i nahoru. Rychlost jízdy dolů spočítáme jako l 1 : t, jízdu nahoru jako s : t. Strana 2 z 6

Pingpongový Čas sjezdu (s) 0,87 0,81 0,97 0,88 0,75 0,86 Čas výjezdu (s) 0,71 0,82 0,69 0,69 0,71 0,72 Celkový čas (s) 1,58 1,63 1,66 1,57 1,46 1,58 Vzdálenost s (cm) 36 35 34 32 38 35 Rychlost výjezdu (cm/s) 51 43 49 46 54 48 Rychlost sjezdu (cm/s) 64 69 57 63 74 65 Čas sjezdu (s) 0,88 0,69 1,00 0,69 0,71 0,79 Čas výjezdu (s) 0,76 0,76 0,76 0,75 0,76 0,76 Celkový čas (s) 1,64 1,45 1,76 1,44 1,47 1,55 Vzdálenost s (cm) 42 45 45 40 40 42 Rychlost výjezdu (cm/s) 55 59 59 53 53 56 Rychlost sjezdu (cm/s) 63 80 56 80 78 70 Skleněná Čas sjezdu (s) 0,82 0,82 0,75 0,95 0,82 0,83 Čas výjezdu (s) 0,69 0,63 0,71 0,66 0,71 0,68 Celkový čas (s) 1,51 1,45 1,46 1,61 1,53 1,51 Vzdálenost s (cm) 41 41 43 42 41 42 Rychlost výjezdu (cm/s) 59 65 61 64 58 61 Rychlost sjezdu (cm/s) 68 68 74 58 68 67 Plastová Čas sjezdu (s) 1,00 0,78 0,82 1,00 0,84 0,89 Čas výjezdu (s) 0,57 0,70 0,70 0,63 0,71 0,66 Celkový čas (s) 1,57 1,48 1,52 1,63 1,55 1,55 Vzdálenost s (cm) 27 32 29 32 34 31 Rychlost výjezdu (cm/s) 47 46 41 51 48 47 Rychlost sjezdu (cm/s) 56 71 68 56 66 63 Tenisový Čas sjezdu (s) 0,90 0,81 0,94 1,22 1,03 0,98 Čas výjezdu (s) 0,72 0,72 0,78 0,69 0,76 0,73 Celkový čas (s) 1,62 1,53 1,72 1,91 1,79 1,71 Vzdálenost s (cm) 32 34 36 36 34 34 Rychlost výjezdu (cm/s) 44 47 46 52 45 47 Rychlost sjezdu (cm/s) 62 69 59 45 54 57 Čas sjezdu (s) 0,88 0,94 0,94 0,84 0,90 0,90 Čas výjezdu (s) 0,71 0,60 0,72 0,76 0,72 0,70 Celkový čas (s) 1,59 1,54 1,66 1,60 1,62 1,60 Vzdálenost s (cm) 48 49 47 47 48 48 Rychlost výjezdu (cm/s) 68 82 65 62 67 68 Rychlost sjezdu (cm/s) 63 59 59 66 62 62 Strana 3 z 6

( 0 = blíží se k nule, neměřitelné) Čas sjezdu (s) 5,62 6,62 5,44 4,75 4,76 5,44 Čas výjezdu (s) 0 0 0 0 0 0 Celkový čas (s) 5,62 6,62 5,44 4,75 4,76 5,44 Vzdálenost s (cm) 0 0 0 0 0 0 Rychlost výjezdu (cm/s) 0 0 0 0 0 0 Rychlost sjezdu (cm/s) 10 8 10 12 12 10 V rampa (2. varianta) h 1 = 27 cm h 2 = 13,5 cm l 1 = 40 cm l 2 = 55,5 cm Pingpongový Čas sjezdu (s) 0,45 0,51 0,37 0,32 0,34 0,40 Čas výjezdu (s) 0,78 0,74 0,67 0,64 0,66 0,70 Celkový čas (s) 1,23 1,25 1,04 0,96 1,00 1,10 Vzdálenost s (cm) 33 36 30 31 32 32 Rychlost výjezdu (cm/s) 42 49 45 48 48 46 Rychlost sjezdu (cm/s) 89 78 108 125 118 101 Čas sjezdu (s) 0,31 0,32 0,44 0,50 0,41 0,40 Čas výjezdu (s) 0,90 0,95 0,90 0,90 0,87 0,90 Celkový čas (s) 1,21 1,27 1,34 1,40 1,28 1,30 Vzdálenost s (cm) 45 49 49 53 43 48 Rychlost výjezdu (cm/s) 50 52 54 59 49 53 Rychlost sjezdu (cm/s) 129 125 91 80 98 101 Skleněná Čas sjezdu (s) 0,45 0,44 0,40 0,38 0,46 0,43 Čas výjezdu (s) 0,76 0,66 0,68 0,67 0,71 0,70 Celkový čas (s) 1,21 1,10 1,08 1,05 1,17 1,12 Vzdálenost s (cm) 41 36 36 40 37 38 Rychlost výjezdu (cm/s) 54 55 53 60 52 55 Rychlost sjezdu (cm/s) 89 91 100 105 87 94 Plastová Čas sjezdu (s) 0,38 0,38 0,38 0,39 0,39 0,38 Čas výjezdu (s) 0,70 0,60 0,67 0,60 0,61 0,64 Celkový čas (s) 1,08 0,98 1,05 0,99 1,00 1,02 Vzdálenost s (cm) 23 22 29 29 22 25 Rychlost výjezdu (cm/s) 33 37 43 48 36 39 Rychlost sjezdu (cm/s) 105 105 105 103 103 104 Strana 4 z 6

Tenisový Čas sjezdu (s) 0,38 0,67 0,37 0,39 0,44 0,45 Čas výjezdu (s) 0,57 0,70 0,73 0,70 0,74 0,69 Celkový čas (s) 0,95 1,37 1,10 1,09 1,18 1,14 Vzdálenost s (cm) 37 38 40 41 37 39 Rychlost výjezdu (cm/s) 65 54 55 59 50 56 Rychlost sjezdu (cm/s) 105 60 108 103 91 89 Čas sjezdu (s) 0,39 0,47 0,44 0,41 0,44 0,43 Čas výjezdu (s) 0,67 0,77 0,68 0,73 0,73 0,72 Celkový čas (s) 1,06 1,24 1,12 1,14 1,17 1,15 Vzdálenost s (cm) 38 44 40 44 37 41 Rychlost výjezdu (cm/s) 57 57 59 60 51 57 Rychlost sjezdu (cm/s) 103 85 91 98 91 93 Čas sjezdu (s) 0,25 0,37 0,46 0,50 0,31 0,38 Čas výjezdu (s) 0,30 0,47 0,41 0,38 0,34 0,38 Celkový čas (s) 0,55 0,84 0,87 0,88 0,31 0,69 Vzdálenost s (cm) 13 9 16 20 8 13 Rychlost výjezdu (cm/s) 43 19 39 53 24 35 Rychlost sjezdu (cm/s) 160 108 87 80 129 106 Závěr U rampa Jeden závěr plynoucí z měření na U rampě je, že se u všech těles, bez ohledu na jejich vlastnosti, podobají hodnoty počtu period za sekundu, což odpovídá kyvu matematického kyvadla. Jediné, na čem u kyvadla záleží, je jeho délka, a naopak nezávisí na parametrech tělesa, které na konec kyvadla umístíme. Pokud se ovšem podíváme podrobně, zjistíme, že velikost periody narůstá s hmotností, což můžeme přičíst odporovým silám. Počet period se velmi liší a nijak přímo nezávisí na naměřených parametrech, ale na mnoha odporových silách, jejichž parametry jsou různé. Zjišťování jejich koeficientů by několikrát převýšilo rozsah této práce. Velikost odporových sil se u mých měření v závislosti na druhu tělesa pohybovala od 1 až po energie za jednu průměrnou periodu. (Velikost odporových sil za jednu periodu je převrácená hodnota počtu period.) Extrémní hodnoty pocházejí od extrémních těles nádobky, kde se většina energie spotřebovává na přesypávání obsahu, a plechovky, kde rotuje pouze obal a vnitřek se pohybuje posuvným pohybem. U homogenních těles rozmezí nebylo tak velké, a u těles alespoň zhruba srovnatelných vlastností se odporové síly dokonce podobaly. Mám na mysli dvojice pingpongový hopík a skleněná plastová. V rampa Na V rampě mi šlo hlavně o důkaz, že se rychlost ve zlomu sníží, a to u všech těles stejně v závislosti pouze na úhlu. Jak je vidět z tabulek měření, u první varianty se hodnoty vzájemně dost blíží, podruhé už to bylo horší. Vinu na tom bych přičetl větším odporovým silám a většímu rázu v ostřejším úhlu. Zajímavé je, že u plechovky v 1. variantě vyšlo, že jede nahoru rychleji než dolů, což je ovšem nejspíš způsobeno chybou měření. 1 57 Strana 5 z 6

1. varianta Pingpongový Skleněná Plastová Tenisový Rychlost sjezdu 65 70 67 63 57 62 10 Rychlost výjezdu 48 56 61 47 47 68 0 Poměr 1,4 1,3 1,1 1,3 1,2 0,91 2. varianta Pingpongový Skleněná Plastová Tenisový Rychlost sjezdu 101 101 94 104 89 93 106 Rychlost výjezdu 46 53 55 39 56 57 35 Poměr 2,2 1,9 1,7 2,7 1,6 1,6 3,0 Strana 6 z 6