Impuls og kinetisk energi på luftpudebanen

Note

Øvelsens formål

1. at efterprøve, om impulsen for et system af to vogne er bevaret ved sammenstød.
2. at forsøge at opnå elastiske sammenstød mellem to vogne.
3. at sammenligne målt og beregnet værdi af tilvæksten i kinetisk energi ved fuldstændig uelastiske stød mellem to vogne.

Forsøgsopstilling

Øvelsen udføres på luftpudebanen. To vogne med faner er placeret på banen (fig.1). Til måling af vognenes hastigheder benyttes to lysveje (fotoceller) F1 og F2. Når vognenes faner bryder lysvejene, måler MC24E passagetiderne for disse (dvs. de tidsrum, hvor lysvejene er afbrudt). Disse tider benyttes sammen med fanelængderne til at beregne vognenes hastigheder.

Fra pc'en styres målingerne af programmet Datalyse.

Forsøgets udførelse

Tænd for støvsugeren. Sluk ikke under øvelsen, da luftpudebanen ændrer form ved temperaturændringer. Placer vognene på luftpuden. Vær forsigtig, luftpudebanen må ikke ridses. Placer de to fotoceller, så vognenes faner kan passere. Afstanden mellem fotocellerne må ikke være for stor. Overvej grunden til dette.

Tilslut de to fotoceller til MC24E - venstre fotocelle til start indgang, højre til stop. Forbind MC24E til pc'ens serielle port (bagpå). Tænd så pc og tæller - kontroller, at der er lys i begge lysveje.

I hvert forsøg måles 4 passagetider (i de fuldstændig uelastiske stød dog kun 3). Udfra disse (og de indtastede fanelængder og masser) beregner programmet straks efter hvert forsøg hastigheder, impulser og kinetiske energier, således at det straks er muligt at vurdere, om et forsøg er rimeligt vellykket eller ej. Mislykkede forsøg kan strakt laves om!

Der udføres 2 forsøgsrækker:

A Forsøg med »elastiske« stød:

Vognene påsættes stødanordninger med elastikker - en i hver ende af hver vogn.

Vogn 1 (den venstre) belastes først med 0, så med 2 og endelig med 4 lodder á ca. 50 g, vogn 2 er uden lodder.

Klik på Mål i Datalyse og send de to vogne afsted som vist på fig. 2. Det skal gå langsommere end du tror!

Selve stødet skal foregå mellem lysvejene. Når vognene atter har passeret lysvejene, får du straks forsøgsresultaterne på skærmen.

B Forsøg med fuldstændig uelastiske stød:

Vognene påsættes stødanordninger: den ene vogn et spyd, den anden en voksholder.

Vogn 1 belastes først med 0, så med 2 og endelig med 4 lodder á ca. 50 g. Vogn 2 er uden lodder. Dernæst belastes vogn 2 med 2 og 4 lodder, vogn 1 er uden lodder.

Klik på Mål i Datalyse og send vogn 1 afsted mod vogn 2, som holdes i ro mellem lysvejene, se fig. 3.

Vogn 2 slippes forsigtigt lige inden vogn 1 rammer den. Når begge vogne har passeret højre lysvej, får du forsøgsresultaterne på skærmen.

Når du er færdig med forsøget, kan du udskrive dine resultater, de skal benyttes i rapporten.

Note

En vogns hastighed bestemmes ud fra mørketiden Dt og fanelængden Ds: v = .

Hastigheden regnes med fortegn efter den orienterede akse, se fig. 4. Dette huskes i beregningerne ved at regne passagetiderne med fortegn.

Rapporten skal indeholde:

Opskriv formler for hastighed, impuls og kinetisk energi udtrykt ved de målte størrelser: fanelængde Ds, mørketid Dt, vognmasse m for en enkelt vogn.

A Forsøg med »elastiske« stød:

Opskriv bogstavudtryk for impulstilvæksten for vogn 1 og for vogn 2. Skriv og begrund i rapporten, hvilken sammenhæng, der skal være mellem disse, for at impulsen for systemet af de to vogne er bevaret.

B Forsøg med fuldstændig uelastiske stød:

Fælleshastigheden efter stødet kaldes v. Opskriv bogstavudtryk for systemets impuls før og efter stødet. Opskriv også et bogstavudtryk for tilvæksten i systemets kinetiske energi, DE_k, og vis, at der gælder:

Lav i rapporten et skema med følgende hoved til de »elastiske« stød:

Dp1 /Ns	D p2/Ns		Ek -før/J	Ek - efter/J

Lav i rapporten et skema med følgende hoved til de fuldstændig uelastiske stød:

pfør /Ns	pefter /Ns		Ek -før /J	Ek - efter /J

Ved de uelastiske stød sammenlignes de målte og beregnede værdier af med de tilsvarende beregnede størrelser, beregnet udfra den i teorien viste formel.

Husk, at rapporten skal indeholde et eksempel på alle beregnede størrelse - også dem, som pc'en har beregnet!

Vurdering af forsøgets resultater

Vurder kvaliteten af »impulsbevarelsen« og den kinetiske »energibevarelse« i forsøgene på at opnå elastiske stød. Vurder, hvorvidt der er impulsbevarelse i de fuldstændig uelastiske stød. Sammenlign de målte og beregnede værdier af tilvækster i kinetisk energi for de fuldstændig uelastiske stød.

Giv en fysik begrundelse for, at man på forhånd ville forvente, at tilvæksten i kinetisk energi er negativ i de »elastiske« stød, og også (numerisk) større end beregnet i de fuldstændig uelastiske stød.

Vedrørende fejlkilder:

1. Læg en bog under luftpudebanens ene ende. Lav et forsøg - hvilken indvirkning har det på »impulsbevarelsen«?
2. Prøv at belaste en af vognene skævt: læg et 50 g lod på den ene side af en vogn - hold vognen stille og slip den. Hvad sker der?
3. Prøv at dreje den ene fane - dog ikke mere, end at den stadig kan passere fotocellerne - og udfør et forsøg - hvad sker?
   

.