Harmoniske svingninger med NT Pulley og Datalyse

Download vejledning i Word 7 format

Øvelsens formål

• At vise Hookes lov for en fjeder.
• At vise, at svingningstiden er bestemt ved T = .

Forsøgsopstilling

Til øvelsen benyttes en pulley fremstillet af Nils Trautner, Roskilde Katedralskole og programmet Datalyse.

NT pulleyen er forsynet med to lysveje, derfor kan den måle retning. Den er ideel til harmoniske svingninger. Den tilsluttes ligesom Smart Pulley Timer fra Pasco til pc’ens gameport.

Forsøgets udførelse

Forsøg 1: Fjederen belastes med forskellige lodder, og fjederforlængelsen måles. Foretag så mange målinger som muligt. I dette forsøg benyttes pc’en ikke!

Forsøg 2: Fjederen belastes med forskellige lodder, og for hver belastning måles svingningstiden.

Snoren skal være så lang, at trissen kan anbringes op mod snoren. Snoren kan passende danne en vinkel på ca. 20° med lodret over trissen.

Start programmet Datalyse og vælg apparatet | NT pulley. Herefter vælges timermålinger. Sæt antallet af målinger til 1000, og vælg automatisk beregning af nulpunkt.

Sæt lodderne i bevægelse. Når (og hvis) systemet svinger pænt, startes dataopsamlingen.

Når målingen er afsluttet, ses en harmonisk svingning på skærmen. Nu klikker du blot på ikonen for bestemmelse af nulpunkter. Klik indtil alle nulpunkter er bestemt. Da afstanden mellem to nulpunkter er den halve svingningstid, fås herved en beregning af denne. Datalyse beregner automatisk den halve svingningstid og gennemsnit af denne.

Et Fif: Hvis lodderne begynder at svinge fra side til side, er det fordi fjederens svingningstid og pendulets svingningstid er omtrent ens, det afhjælpes ved at forlænge afstanden mellem trissen og lodderne

Resultater

Dine måleskemaer skal indeholde de direkte målte størrelser. Derfor skal måleskemaet for forsøg 1 se således ud:

Som det fremgår af skemaet måles forlængelsen ud fra positionen af den tomme holder og fjederkraften er kraften på lodderne alene.

Rapporten skal indeholde:

Forsøg 1

Gør rede for, hvordan Fjederkraften beregnes. Der skal være en tegning, der viser hvilke kræfter, der virker på lodderne.

Afbild fjederkraften som funktion af fjederforlængelsen.

Hvordan kan man af grafen se, om Hookes lov er opfyldt.

Beregn fjederkonstanten k for fjederen. Vær omhyggelig, da k benyttes i forsøg 2.

Forsøg 2

Afbild T² som funktion af massen m.

Afbild i samme koordinatsystem »det teoretiske udtryk«

som funktion af massen m.

Grafen T² som funktion af m vil ikke gå gennem (0,0)! Det skyldes, at en del af fjederens masse (og en del af trissens masse) bør medregnes i bevægelsen.

Vurdering

Husk, her kan du udfolde dine fysiske kreative evner. Der forventes ca. en halv sides relevante fysiske overvejelser!

Et forsøg

I Datalyse er der gentagne gange klikket på knappen for nulpunkt. For hvert klik findes et nyt nulpunkt. Bemærk korset i ovenstående graf. Herunder ses nogle nulpunkter, således som det ser ud i memoen i Datalyse.

Ekstra øvelse:

En dæmpet harmonisk svingning er givet ved

Bestem amplitude A, svingningstid T, begyndelsesfase j og dæmpningskonstant k for et enkelt af forsøgene.