گزارش كار ازمايشگاه فيزيك 1

bagjany

عضو جدید
وسایل لازم:
زمان سنج – دستگاه مادون قرمز – صفحه دوران کننده – گاری (جسم روی صفحه) – دستگاه تولید کننده دوران

تئوری آزمایش:
در اطراف ما حرکت های مختلفی وجود دارد که حرکت دایره ای (دورانی) یکی از آن هاست هدف ما در این آزمایش نیز این است که نیرویی به نام گریز از مرکز را در حرکت دورانی برای اجسام صلب مورد مطالعه قرار دهیم .( جسم صلب جسمی است که در هنگام حرکت یک نقطه آن بقیه نقاط متشکل جسم نیز با آن با همان سرعت حرکت کنند.)

نیروهای حقیقی :
در میان انواع مختلف نیروها ، نیرو هایی قابل احساس و تجزیه و تحلیل اند که از جمله نیروهای حقیقی باشند . نیرویی را نیرو حقیقی می گویند که از شروط چهار گانه نیروهای حقیقی تبعیت کند. این جهار شرط عبارتند از:
1-عامل ایجاد آن ثابت باشد.
2-محل اثر آن ثابت باشد.
3-از قانون سوم نیوتن تبعیت می کند.
4-از دستگاه لخت به غیر لخت حذف نمی شود.

نیروی گریز از مرکز در چهار چوب های مرجع غیر اینرسی ظاهر می شود . این نیرو ، از نیروهای حقیقی نیست چرا که شرط های چهار گانه نیرو های حقیقی را ندارد با این توضیح که :
1- نیروی گریز از مرکز عامل ایجاد مشخصی ندارد.
2- محل اثر آن ثابت نمی باشد.
3-از قانون سوم نیوتن تبعیت نمی کند چون عکس العملی برای نیروی گریز از مرکز از نوع خودش وجود ندارد. (اصلا نیروی گریز از مرکز وجود خارجی ندارد.)
4- اگر ما از دستگاه لختی که در بیرون از دوران قرار دارد به دستگاه غیر لختی که به دستگاه متصل است منتقل کنیم ناظر در دستگاه غیر لخت بر خلاف دستگاه لخت حرکتی را احساس نمی کند.

نیروی گریز از مرکز فقط از لحاظ اندازه ، با نیروی جانب به مرکز برابر است ولی نیروی جانب مرکز حقیقی است و از شرایط چهارگانه نیرو های حقیقی تبعیت می کند . نیروی گریز از مرکز ، مثالی از نیرو های کاذب می باشد ، طوری که وقتی ما از چهار چوب های مرجع غیر اینرسی با به چهار چوب های مرجع اینرسی می رویم این نیرو ناپدید می شود. اندازه آن طبق روابط زیر برابر است 2 F=mrω که در آن m جرم جسم و r شعاع دوران و ω سرعت زاویه ای دوران است .

a R =v2/R ، v=Rω​
a R =Rω2​
نیروی مرکز گرا ( جانب به مرکز) F= ma R =mRω2​

و چون اندازه نیروی گریز از مرکز با نیروی مرکز گرا برابر است :

نیروی گریز از مرکز F= mRω2​






شرح دستگاه:
در این آزمایش یک جسم (گاری) روی صفحه ای ثابت شده است که این صفحه به یک میله وصل شده و این میله توسط دستگاهی روی یک میله دیره ای با شعاع قابل تنظیم و سرعت زاویه ای متغیر حرکت می کند . در هر دور چرخش ، صفححه حامل گاری از دستگاه مادون قرمز عبور می کند و زمان یک دور کامل در زمان سنج مشخص می شود . در حین این فرآیند چون گاری به وسیله یک ریسمان به یک نیرو سنج وصل شده است با عقب رفتن گاری مقدار نیروی وارده که همان نیروی جانب مرکز است تعیین خواهد شد.
ضمنا دستگاه تولید کننده دوران می تواند سرعت های زاویه ای مختلفی را تولید کند و همچنین می توان بر روی گاری جرم هایی را سوار کرد .

روش انجام آزمایش:

نیروی گریز از مرکز وارد بر جسم ، به عنوان تابعی از این پارامترها اندازه گیری می شود:

T(s): مدت زمان یک دور کامل
r 0 :شعاع اولیه گاری (فاصله از میله) = 8.2 cm
r : شعاع ثانویه حاصا از دوران گاری
ω : سرعت زاویه ای دوران گاری روی مسیر دایره ای
rΔ :با توجه به این که به ازای هر 0.5 N نیرو ، گاری 1.8 cm از محور دوران فلصله می گیرد مقدار این پارامتر در هر مرحله به دست خواهد آمد. به عنوان مثال :

0.5N 1.8 cm​
0.6N Δr Δr = 2.16 cm​

همچنین داریم:
Δr = r- r 0​

حال مقدار اندازه گیری شده پارامترهای بالا را در جدولی مطابق زیر ثبت می کنیم :


r = r 0+Δr
ω = 2л/T
r(cm) Δ
T(s)
F (N)
ردیف آزمایش
9.46​
8.84​
1.26​
0.71​
0.35​
1
10.36​
11.21​
2.16​
0.56​
0.6​
2
10.9​
11.85​
2.7​
0.53​
0.75​
3
11.26​
12.31​
3.06​
0.51​
0.85​
4
11.62​
13.01​
3.42​
0.48​
0.95​
5
12.16​
13.36​
3.96​
0.47​
1.1​
6
13.78
14.95
5.58
0.42
1.55
7



هم اکنون اگر ما جدول تغییرات Fبر حسب file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gifرا رسم کنیم خواهیم داشت:



file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.gif




file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.gifدر این صورت شیب نمودار حاصل در بالا مقدارmr را خواهد داد. با احتساب این که مقدار m(جرم اولیه گاری) 50gr بود مقدار rمتوسط به دست خواهد امد:
m r= 0.0083 file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.gif r= file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image010.gif=0.166 m​
در مرحله ای دیگر از ازمایش برای مطالعه رابطه ی بین F با m در سرعت ثابت ، دستگاه را روی سرع ثابت تنظیم کرده و با تعویض کردن مقدار m روی گاری عدد نیرو را از روی نیروسنج می خوانیم.
اگر مقدارF وm به دست امده در حالت قبل را در جدولی مطابق زیر رسم کنیم خواهیم داشت:


30​
25​
20​
15​
10​
5​
M(gr)​
0.98​
0.95​
0.85​
0.75​
0.65​
0.6​
F(N)​


در این جا اگر ما نمودار F را بر حسب mرسم کنیم به این صورت است که:

file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image012.gif
شیب نموداری که در بخش قبل رسم شد برابر است با file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gifr. که با توجه به این که مقدار file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image015.gif از رابطه ی زیر به دست می اید طبق محاسباتی که در زیر امده است داریم:
file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image017.gif​
که T زمان تناوب است که در این ازمایش برابر مقدار ثابت S0.52 است بنابراین:
file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image019.gif12.07​

شیب نمودار m =rfile:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.gif file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.gif 0.016 = r(145.68) file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.gifr=​






ذکر چند نکته :
دقت نیروسنج مورد استفاده در این ازمایش N 0.05 بود.
در حالت اول r و m ثابت و file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image015.gif تغییر می کرد ولی در حالت بعدی r و file:///C:/DOCUME%7E1/86140009/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image015.gif ثابت بود و مقدار m روی گاری تغییر می کرد.


پاسخ به پرسش ها :
1-با این که نیروی گریز از مرکز حقیقی نیست چه لزومی دارد که این نیرو را در حرکت داریره ای در نظر بگیریم؟
هدف از معرفی کردن نیروی گریز از مرکز توجیه کردن تداوم حرکت دایره ای است چرا که در حرکت دایره ای برای نیروی مرکز گرا (که حقیقی است) باید یک نیروی دیگر با اندازه برابر در خلاف جهت ان در نظر گرفت تا بتوان به وسیله این دو حرگت جسم روی محیط دایره را بررسی کرد.
 
Similar threads

Similar threads

بالا