1.1. Metoda kyvů. Tato metoda spočívá v tom, že na obvod kola do vzdálenosti l od osy



Podobné dokumenty
(3) Vypočítejte moment setrvačnosti kvádru vzhledem k zadané obecné ose rotace.

1. Teorie. jednom konci pevně upevněn a na druhém konci veden přes kladku se zrcátkem

PRAKTIKUM I Mechanika a molekulová fyzika

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

MOMENT SETRVAČNOSTI 2009 Tomáš BOROVIČKA B.11

TÍHOVÉ ZRYCHLENÍ TEORETICKÝ ÚVOD. 9, m s.

Laboratorní úloha č. 3 Spřažená kyvadla. Max Šauer

Fyzikální praktikum I

1. Změřte momenty setrvačnosti kvádru vzhledem k hlavním osám setrvačnosti.

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

PRAKTIKUM I. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Pracoval: Pavel Ševeček stud. skup.: F/F1X/11 dne:

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

Fyzikální praktikum II

STANOVENÍ TÍHOVÉHO ZRYCHLENÍ REVERZNÍM KYVADLEM A STUDIUM GRAVITAČNÍHO POLE

Měření tíhového zrychlení reverzním kyvadlem

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

1. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli z protažení drátu. 2. Změřte modul pružnosti v tahu E oceli a duralu nebo mosazi z průhybu trámku.

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

Měření momentu setrvačnosti

Fyzikální praktikum 1

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

Měření tíhového zrychlení matematickým a reverzním kyvadlem

2. Fyzikální kyvadlo (2.2) nebo pro homogenní tělesa. kde r je vzdálenost elementu dm, resp. dv, od osy otáčení, ρ je hustota tělesa, dv je objem

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Mechanické kmitání - určení tíhového zrychlení kyvadlem

MĚŘENÍ MOMENTU SETRVAČNOSTI Z DOBY KYVU

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

3. Diskutujte výsledky měření z hlediska platnosti Biot-Savartova zákona.

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

Příklady z teoretické mechaniky pro domácí počítání

Mechanické kmitání a vlnění, Pohlovo kyvadlo

Měření momentu setrvačnosti prstence dynamickou metodou

Harmonické oscilátory

Dynamika rotačního pohybu

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

ZÁKLADY FYZIKÁLNÍCH MĚŘENÍ FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 5: Měření tíhového zrychlení

Cavendishův experiment

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze. Úloha č. 10 : Harmonické oscilace, Pohlovo torzní kyvadlo

Fyzikální sekce přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM. Fyzikální praktikum 2

Mechanika - síla. Zápisy do sešitu

Název: Studium kmitů na pružině

Určení hlavních geometrických, hmotnostních a tuhostních parametrů železničního vozu, přejezd vozu přes klíny

2. Ve spolupráci s asistentem zkontrolujte, zda je torzní kyvadlo horizontálně vyrovnané.

2. Vyhodnoťte získané tloušťky a diskutujte, zda je vrstva v rámci chyby nepřímého měření na obou místech stejně silná.

Praktikum I úloha IX. Měření modulu pružnosti v tahu

1. Změřte průběh intenzity magnetického pole na ose souosých kruhových magnetizačních cívek

Řešení úloh 1. kola 49. ročníku fyzikální olympiády. Kategorie B

FYZIKA I. Rovnoměrný, rovnoměrně zrychlený a nerovnoměrně zrychlený rotační pohyb

Obsah 11_Síla _Znázornění síly _Gravitační síla _Gravitační síla - příklady _Skládání sil _PL:

( r ) 2. Měření mechanické hysterezní smyčky a modulu pružnosti ve smyku

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

pracovní list studenta

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Obsah 11_Síla _Znázornění síly _Gravitační síla _Gravitační síla - příklady _Skládání sil _PL: SKLÁDÁNÍ SIL -

Pracovní list vzdáleně ovládaný experiment. Obr. 1: Matematické kyvadlo.

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

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

Název: Matematické kyvadlo

1. Určete závislost povrchového napětí σ na objemové koncentraci c roztoku etylalkoholu ve vodě odtrhávací metodou.

Digitální učební materiál

Systém vykonávající tlumené kmity lze popsat obyčejnou lineární diferenciální rovnice 2. řadu s nulovou pravou stranou:

KINEMATIKA. 18. ROVNOMĚRNÝ POHYB PO KRUŽNICI III. Úhlová rychlost. Mgr. Jana Oslancová VY_32_INOVACE_F1r0218

Zadání semestrální práce z předmětu Mechanika 2

m.s se souřadnými osami x, y, z? =(0, 6, 12) N. Určete, jak velký úhel spolu svírají a jakou velikost má jejich výslednice.

Testovací příklady MEC2

MODIFIKOVANÝ KLIKOVÝ MECHANISMUS

PRAKTIKUM II Elektřina a magnetismus

5. Stanovení tíhového zrychlení reverzním kyvadlem a studium gravitačního pole

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

1 Tuhé těleso a jeho pohyb

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

Měření hodnoty g z periody kmitů kyvadla

I Mechanika a molekulová fyzika

Fyzikální praktikum 1

(test version, not revised) 9. prosince 2009

Theory Česky (Czech Republic)

Fyzikální praktikum I

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

Laboratorní úloha č. 5 Faradayovy zákony, tíhové zrychlení

1 Rozdělení mechaniky a její náplň

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Digitální učební materiál

Laboratorní práce č. 4: Určení hustoty látek

DYNAMIKA ROTAČNÍ POHYB

Digitální učební materiál

Sestavení diferenciální a diferenční rovnice. Petr Hušek

1. Změřte teplotní závislost povrchového napětí destilované vody σ v rozsahu teplot od 295 do 345 K metodou bublin.

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

Newtonův gravitační zákon. antigravitace

PŘÍLOHA A. ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií 72 Vysoké učení technické v Brně

1. Měřením na rotačním viskozimetru zjistěte, zda jsou kapaliny připravené pro měření newtonovské.

Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.4.00/

Tíhové zrychlení na několik žákovských způsobů

Numerické metody zpracování výsledků

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY


Experimentální hodnocení bezpečnosti mobilní fotbalové brány

Digitální učební materiál

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

Fyzikální praktikum 1

Transkript:

MěřENÍ MOMENTU SETRVAčNOSTI KOLA TEREZA ZÁBOJNÍKOVÁ 1. Teorie Moment setrvačnosti kola lze měřit dvěma metodami. 1.1. Metoda kyvů. Tato metoda spočívá v tom, že na obvod kola do vzdálenosti l od osy otáčení umístíme závaží o hmotnosti m. Při vychýlení z rovnovážné polohy začne systém konat kmitavý pohyb s periodou T. Pak z pohybové rovnice pro tento pohyb a dle studijního textu [1] plyne pro moment setrvačnosti kola: (i) I = ml( gt 2 4π 2 l) Aby bylo možno tento vztah použít, je třeba se omezit na malé výchylky. 1.2. Metoda otáčení. Kolo je opazřeno souosými válci o různých poloměrech r, na které je možno navinout lanko a pak na něho zavěsit závaží o hmotnosti m, čímž lze roztáčet kolo se stálým úhlovým zrychlením ε. Pak lze Moment setrvačnosti I spočíst jako: (ii) I = mr 2 ( g rε 1) Použitím tohoto vztahu ovšem zanedbáváme tření. Označíme-li moment třecích sil M T dostaneme pro moment setrvačnosti kola I k vztah: (iii) I k = mr ( g rε 1) 1 ε M T Moment třecích sil určíme lineární regresí zmeřením I nekorigovaného momentu strvačnosti pro různé poloměry válců na které je navíjen provázek, pro který platí: (iv) I = mr 2 ( g rε 1) = I k + 1 ε M T 2. Měření 2.1. Metoda kyvů. Na kolo bylo umístěno závaží do vzdálenosti l (meřena vzdálenost těžíště od osy) a hmotnosti m: l = (23, 7 ± 0, 5)cm m = (148, 4050 ± 0, 0001)g Na stopkách byl změřen čas vždy 10 period (výsledky v tabulce 1, zde již čas příslušný jedné periodě). Průměrná perioda (chyba byla vypočtena jako směrodatná odchylka): T = (2, 44 ± 0, 02)s 1

2 TEREZA ZÁBOJNÍKOVÁ Tabulka 1. Měření T T [s] 2,428 2,442 2,468 2,421 2,431 2,466 2,439 2,445 2,439 2,420 Z naměřených hodnot dle vztahu (i) určíme velikost momentu setrvačnosti kola: I kyvu = (0, 052 ± 0, 001)kgm 2 2.2. Metoda otáčení. Parametry válců určených k navíjení nitek byly měřeny šuplerou. Chybu odhaduji na 0,2 mm, nebot jsou kladky na okrajích vystouplé a šuplera neměla tak velký rozsah, aby bylo možno změřit jen vnitřní průměr. D 60 = (5, 97 ± 0, 02)cm D 100 = (9, 95 ± 0, 02)cm D 140 = (13, 97 ± 0, 02)cm D 180 = (17, 98 ± 0, 02)cm Hmotnosti závaží: m 10 = (9, 9661 ± 0, 0001)g m 15 = (14, 9421 ± 0, 0001)g m 20 = (19, 8903 ± 0, 0001)g m 30 = (29, 9039 ± 0, 0001)g m 50 = (49, 7903 ± 0, 0001)g Byla naměřena závislost úhlové rychlosti na čase ω(t) pro všechny kombinace závažíválec. Grafy závislosti ω(t) vytvořené programem kolo a gnuplot i s fitovanými lineárními závislostmi naleznete jako obrázky 1-4. Některá měření byla ovšm zatížena příliš velkou chybou, proto nebyla dále zpracována. Směrnice fitovaných přímek naleznete pro jednotlivé kombinace i s chybou v tabulce 2. Tabulka 2. Směrnice fitovaných závislostí kladky D 60 D 100 D 140 D 180 závaží m 10 - - - 0.169 ± 0, 001 m 15 - - 0.2007 ± 0, 0009 0.275 ± 0, 001 m 20-0.199 ± 0, 001 0.288 ± 0, 001 0.371 ± 0, 002 m 30 0.1739 ± 0, 0009 0.313 ± 0, 001 0.443 ± 0, 002 0.582 ± 0, 003 m 50 0.314 ± 0, 001 0.541 ± 0, 002 0.750 ± 0, 003 0.992 ± 0, 005 Tyto směrnice jsou vlastně úhlové zrychlení ε [ms 1 ]. Pro každé z vypočtených zrychlení určíme nyní honotu I. Tyto hodnoty jsou vypsány v tabulce 3 (chyby byly určeny jako chyba nepřímo měřené veličiny) a znázorněny v grafu 5 i s fitovanou lineární závislostí I ( 1 ε ) s parametry I k a M T dle (iv) Fitováním lineární funkce byly nalezeny hodnoty: I k = (0.0435 ± 0, 0009)kgm 2 M T = (0.0012 ± 0, 0002)kgm 2

MěřENÍ MOMENTU SETRVAčNOSTI KOLA 3 Obrázek 1. Graf závislosti ω(t) pro kladku D 60 3. Diskuse Momenty setrvačnosi se změřené oběma metodami se neshodují ani v rámci chyby. Přesnější ovšem bude metoda otáčení, nebot v první metodě bylo zanedbáno tření. první metodě je též možná systematická chyba, nebot jak je vidět z grafů ω(t), na jednom místě kolo drhne více než na jiných, neotáčí se rovnoměrně (kolo se za dobu měření ω otočilo přibližně třikrát a na grafech pro malé kladky a malá závaží jsou vidět tři nelineární části grafu, proto také nebyly zařazeny do dalšího zpracovávání.) Pokud by toto místo bylo zrovna kolem umístění závaží v metodě kyvu, způsobilo by to vělkou systematickou chybu. V metodě kyvu vnáší největší chybu do měření měření l, nebot závaží má nepravidelný tvar a není možno tak přesně určit polohu jeho těžiště, jehož vzdálenost od osy by se měla měřit. U měření momentu setrvačnosti metodou otáčení vnáší největší nepřesnost měření poloměru válců, nebot se ve výpočtu vyskytují v druhé mocnině. 4. Závěr Metodou kyvu byl změřen moment setrvačnosti kola: I kyvu = (0, 052 ± 0, 001)kgm 2

4 TEREZA ZÁBOJNÍKOVÁ Obrázek 2. Graf závislosti ω(t) pro kladku D 100 Metodou otáčení byl změřen moment setrvačnosti kola a moment třecích sil: I k = (0.0435 ± 0, 0009)kgm 2 M T = (0.0012 ± 0, 0002)kgm 2 5. Literatura (I) Studijní text k Praktiku 1 http://physics.mff.cuni.cz/vyuka/zfp/txt 113.pdf

MěřENÍ MOMENTU SETRVAčNOSTI KOLA 5 Obrázek 3. Graf závislosti ω(t) pro kladku D 140 Tabulka 3. Moment setrvačnosti nekorigovaný 1 m r ε chyba ε ε chyba 1 ε I chyba I g cm rads 2 rads 2 rad 1 s 2 rad 1 s 2 kgm 2 kgm 2 29,9039 2,99 0,1739 0,0009 5,75 0,03 0,050 0,002 49,7903 2,99 0,3140 0,0010 3,18 0,01 0,046 0,002 19,8903 4,98 0,1990 0,0010 5,03 0,03 0,049 0,001 29,9039 4,98 0,3130 0,0010 3,19 0,01 0,047 0,001 49,7903 4,98 0,5410 0,0020 1,85 0,01 0,045 0,001 14,9421 6,99 0,2007 0,0009 4,98 0,02 0,051 0,001 19,8903 6,99 0,2880 0,0010 3,47 0,01 0,047 0,001 29,9039 6,99 0,4430 0,0020 2,26 0,01 0,046 0,001 49,7903 6,99 0,7500 0,0030 1,33 0,01 0,045 0,001 9,9661 8,99 0,1690 0,0010 5,92 0,04 0,052 0,001 14,9421 8,99 0,2750 0,0010 3,64 0,01 0,048 0,001 19,8903 8,99 0,3710 0,0020 2,7 0,01 0,047 0,001 29,9039 8,99 0,5280 0,0030 1,89 0,01 0,050 0,001 49,7903 8,99 0,9920 0,0050 1,01 0,01 0,044 0,001

6 TEREZA ZÁBOJNÍKOVÁ Obrázek 4. Graf závislosti ω(t) pro kladku D 180

MěřENÍ MOMENTU SETRVAčNOSTI KOLA 7 Obrázek 5. Graf závislosti I ( 1 ε )