گزارش آزمایش

                                            

آزمایش شماره1

حرکت سقوط آزاد اجسام

هدف آزمایش

تعیین شتاب گرانش با استفاده از سقوط آزاد اجسام

وسایل آزمایش

دستگاه سقوط آزاد ، منبع تغذیه ، کرنومتر الکتریکی ، منبع تغذیه ، گلوله آهنی ، سیم های رابط

تئوری آزمایش

دید کلی

هنگامی که جسمی از ارتفاعی رها شود، شتاب می‌گیرد و سرعتش از مقدار صفر افزایش می یابد

. جالب توجه است که در خلا ، تمامی اجسام از قبیل سنگ ، پر ، قطرات باران و ذرات گرد و غبار بطور یکنواخت شتاب می‌گیرند و باهم به زمین می‌رسند. این قاعده صرفا به دلیل مقاومت هوا در مقابل سقوط اجسام ، که اثر آن بر «پر» مؤثرتر از اثر آن بر سنگ است، در زندگی روزمره که در محیط خلأ صورت نمی‌گیرد، صادق نیست.

شتاب حرکت سقوط آزاد

شتاب سقوط آزاد اجسام در خلا به طبیعت جسم بستگی ندارد

. بلکه فقط به محل جسم بستگی دارد. این شتاب ثابت است و مقدار آن با شتاب گرانشی که با علامت g نشان داده می‌شود، برابر است که آن هم تحت عنوان شتاب ثقلی مطرح است و مقدار آن بر روی زمین برابر 9.8m/s2 می‌باشد.

سقوط آزاد چیست؟

برای اینکه سنگی آزادانه سقوط کند، لازم نیست که شما آنرا در امتداد قائم رها کنید

. می توانید سنگ را به طرف بالا ، پایین یا به اطراف پرتاب کنید. به محض اینکه سنگ در هر جهتی اختیاری از دست شما رها شود، سقوط آزاد خواهد کرد. اگر سنگی را در امتداد قائم به طرف بالا با سرعت 25m/s پرتاب کنید ، چون شتاب به سمت پایین و در خلاف جهت سرعت است، سنگ بایستی در نقطه اوج حرکتش متوقف شده و برگردد. چون در حالت پایین آمدن شتاب در جهت حرکت است، سنگ سرعت می‌گیرد. اگر جسم در حال سکون ، خیلی سبک و یا سطح آن تخت باشد و یا اینکه از فاصله خیلی دور سقوط کرده باشد، مقاومت هوا قابل توجه می‌شود و شتاب جاذبه زمین در چنین حالتی متغیر می‌باشد.

آزمایش ساده

فرض کنید شخصی در پشت بام خانه ایستاده و توپی را در راستای افق پرتاب می‌کند

. توپ بدون هیچگونه سرعتی در راستای قائم ، از دست شخص رها می‌شود. اما ، نیروی گرانشی اجازه نمی‌دهد که این وضعیت ادامه یابد. توپ بعد از رها شدن از دست شخص رها می‌شود. اما ، نیروی گرانشی اجازه نمی‌دهد که این وضعیت ادامه یابد. توپ بعد از رها شدن از دست شخص با شتاب 9.8 m/s2 به طرف پایین سرعت می‌گیرد و چون حرکت در امتداد قائم یک حرکت با شتاب یکنواخت است که از صفر شروع شده است، می‌توانیم از مجموعه معادلات استاندارد حرکت با شتاب ثابت استفاده کنیم.

معادلات حرکت سقوط آزاد

معادله مکان حرکت سقوط آزاد جسم بر حسب زمان یک معادله سهمی شکل است که نقطه ماکزیمم (قله) سهمی در نقطه اوج جسم می‌ باشد.

yt = -1/2gt2 + Vt

در این معادله Y مکان جسم ، t زمان ، g شتاب جاذبه زمین و V0 سرعت اولیه جسم می‌باشد

معادله سرعت حرکت سقوط آزاد بر حسب زمان یک معادله خطی است که تا نقطه اوج شیب خط منفی و حرکت کند شونده و از آن زمان به بعد حرکت شتابدار تند شونده با شیب مثبت می‌· باشد

V = -gt + V0

در این معادله V سرعت حرکت جسم می‌باشد

معادله شتاب حرکت سقوط آزاد جسم مستقل از زمان بوده و در نزدیکی سطح زمین مقداری ثابت است و مقدار آن با دقت بالایی با شتاب گرانشی بر روی سطح زمین برابر است. a = g = 9.8 m/s

 2معادله نیرو در این حرکت همانند شتاب مستقل از زمان بوده و با نیروی وزن جسم برابر است

F = ma = mg =9.8 m/s2

معادله مستقل از زمان حرکت سقوط آزاد :
در این معادله سرعت اولیه و نهایی ،· ارتفاع سقوط و شتاب جاذبه در غیاب زمان به هم مربوط می‌· شوند

V2 - V02 = -2gy

مسایل کاربردی سقوط آزاد

از این نوع حرکت و معادلاتش در توجیه حرکت جسم افتان ، پرتاب موشک ، حرکت پرتابی ، حرکت گلوله توپ ، صعود و فرود هواپیما ، حرکت نوسانی سیستم جرم و فنر آویزان و غیره که هر کدام یا خودشان کاربردهای علمی پدیده‌اند و یا مکانیزم عملشان این حرکت را در خود دارد و جهت کنترل و داشتن سیستمی پایدار با بازده بالا از مفاهیم و معادلات این حرکت در آنها استفاده می‌شود.

 

روش انجام آزمایش:

2-کرنومتر را به برق وصل و دستگاه را روشن کنید

 

. قرقره بالای آن ، خاصیت آهنربایی پیدا و گلوله آهنی را جذب می کند ارتفاع سقوط عبارت است از فاصله زیر گلوله تا روی صفحه قطع و وصل ، طول آنرا توسط خط کش مدرجی که روی پایه نصب شده است به دست آوریددکمه شروع کرنومتر را را فشار دهید ، جریان برق قطع و گلوله سقوط می کند درست در همان زمان کرنومتر شروع به کار می کند ، گلوله پس ازطی مسافت به صفحه برخورد و کرنومتر را متوقف می کند ، زمان سقوط را کرنومتر نشان می دهد. آزمایش را چند مرتبه تکرار کنید  جنس گلوله را تغییر می دهیم. میانگین زمانها را به دست آورید و مقدار را محاسبه کنید ارتفاع را دو برابر و سه برابر بگیرید و به همین نحو آزمایش را تکرار کنید . نمودار تغییرات بر حسب را رسم کنید . دو برابر شیب خط برابر است . خطاهای مطلق و نسبی را برای هریک از ارتفاعهای سقوط پیدا و اعداد حاصل را در جدول زیر یادداشت کنید

پلاستیک

2h/t2

t2

t (s)

h (m)

 

 

0.15

0.1

 

 

0.21

0.2

 

 

0.26

0.3

 

 

0.30

0.4

 

 

0.33

0.5

 

 

0.37

0.6

 

 

 

 آهن

2h/t2

t2

t (s)

h (m)

 

 

0.16

0.1

 

 

0.24

0.2

 

 

0.28

0.3

 

 

0.32

0.4

 

 

0.35

0.5

 

 

0.36

0.6

خطای آزمایش:

 

 

 

 

 

 

 

آزمایش2: فنر

بررسی ضریب سختی فنر ها در شرایط مختلف هدف از این آزمایش است ما به صورت تئوری می دانیم که ضریب سختی فنر از رابطهF  =KX به دست می آید که در این آزمایش چون فنر ها به صورت عمودی مورد استفاده قرار می گیرد F = mg خواهد بود و x مقدار جابه جایی فنر از حالت اولیه به مقداری که فنر در هنگام وصل کردن وزنه می رسد .همچنین در این آزمایش می خواهیم به صورت تجربی و آزمایش کردن سختی فنر ها را به صورت موازی و متوالی بسته شده اند به دست می آوریم و با فرمول هایی که وجود دارد مقایسه کنیم.

K= K1+K2 + K3+…….+Kn  (برای فنرهای موازی)

1/K1 +1/K2 +…….+1/Kn = 1/k  (برای فنرهای متوالی )

وسایل لازم برای آزمایش :پایه و میله های نگه دارنده

وزنه دو عدد فنر با سختی متفاوت

اول فنر نرم تر را از محل مورد نظر آویزان می کنیم و به ترتیب وزنه های 150 ، 200 ،250 و 300 350 گرمی را آویزان می کنیم . (چون سختی فنر زیاد بود جرم وزنه ها را زیاد انتخاب کردیم تا خطای ما کاهش یابد )

(فنر نرم )

خطای نسبی ا

{مقداراندازه گیری /(مقدار واقعی_ مقدار اندازه گیری شده)}ا*100

{مقداراندازه گیری /(مقدار واقعی_ مقدار اندازه گیری شده)}ا*100

K

 

F = mg

 

x∆

 

جرم

 

ردیف

 

(39.2-38.4)/39.2*100=2.04%

 

39.2

 

0.15*9.8

 

0.35

 

150

 

1

 

(45-42.8)/45*100=4.88%

 

45

 

0.2*9.8

 

0.44

 

200

 

2

 

(47.1-45.45)/47.1*100=3.503%

 

47.1

 

0.25*9.8

 

0.52

 

250

 

3

 

(49-48.07)/49*100=1.89%

 

49

 

0.30*9.8

 

0.61

 

300

 

4

 

(46.3-50)/46.3*100=7.55%

 

46.3

 

0.35*9.8

 

0.74

 

350

 

5

 

-

 

46.36

 

-

 

-

 

-

 

میانگین جدول

 

-

 

n/m

 

N

 

M

 

gr

 

واحد ها

 

44.94

 

-

 

-

 

-

 

-

 

میانگین نمودار

 

(46.36-44.94)/46.36*100=3.06%

 

-

 

-

 

-

 

-

 

خطای کل

 

=Arc tan 3.5/0.74=78.03θ

برای فنر سخت نیز جدول را پر کردیم

(در این آزمایش نیز وزنه ها را بیشتر کردیم تا خطا کاهش یابد )

(فنر سخت )

خطای نسبی

 

K

 

F = mg

 

x∆

 

جرم

 

ردیف

 

(98-100)/98*100=2.04%

 

98

 

0.2*9.8

 

0.02

 

200

 

1

 

101.3-103.4)/101*100=2.07%)

 

101.3

 

0.3*9.8

 

0.29

 

300

 

2

 

(98-100)/98*100=2.04%

 

98

 

0.4*9.8

 

0.04

 

400

 

3

 

(108.8-111.1)/108.8*100=2.11%

 

108.8

 

0.5*9.8

 

0.45

 

500

 

4

 

-

 

101.5

 

-

 

-

 

-

 

میانگین جدول

 

-

 

n/m

 

N

 

M

 

gr

 

واحد ها

 

(101.5-103.6)/101.5*100=2.06%

 

-

 

-

/ 3 نظر / 344 بازدید
لیلا امیری

بسیار کوتاه بود گزارش باید کامل وبی نقص باشد این گزارش از نظر من نمره 40از100را میگیرد.

`````````

kheili ba bod

`````````

kheili bad bod