Idag genomförde campusstudenterna en laboration med slinkys. Distansstudenterna har det svårare: ni måste själva få tag i en slinky, och ni behöver kanske be någon att hjälpa till. Det behövs ingen avancerad utrustning: om man skulle sakna måttband, kan man ta steg; stoppur finns på nätet; slinkyns massa kan man bestämma med en improviserad balans.
Det svåraste är att bestämma spännkraften i slinkyn. På campus använde vi fjäderdynamometrar med skala i newton. Hemma kan man spänna slinkyn så långt att den matchar en känd kraft, till exempel tyngdkraften från en grej med en massa på 100 eller 200 gram (sådant kan finnas i köket). Sedan får man improvisera någon trissa för att få spännkraften horisontell. Om man så har bestämt en lämplig längd med en lämplig kraft, kan man sätta igång.
Uppgiften är att bestämma utbredningshastighet för transversella vågor med två olika experiment. Det ena sättet är med fortskridande vågor, det andra med stående vågor. Dessa värden ska man jämföra med ett teoretiskt värde utifrån slinkyns spänning och dess tröghet.
Det som var så bra med laborationen på campus var samarbetet. Det kan vi också göra här. Skriv era idéer och era resultat i kommentarer nedan. Och ja, detta är obligatoriskt...
Prenumerera på:
Kommentarer till inlägget (Atom)
Är tanken att slinkyn ska ligga plant mot golv/bord när mätningen sker eller ska den hänga som i en båge i luften och bara sitta fast i ena änden?
SvaraRaderaJag har inga synpunkter på det. Välj en metod som fungerar. Friktionen mot underlaget får förstås inte vara för stor.
SvaraRaderaJag utförde experimentet med slinkyn fastsatt i ett dörrhandtag och sedan hängande i luften. Fick slinkyns massa till 0,2 kg, Den återställande kraften 1,96 N vid en längd av 1,94 m. Slinkyns tröghet (massa/längd = 0,103 kg/m).
SvaraRaderaResultatet av utbredningshastigheten blev:
teori: 4,36 m/s
Stående våg: 4,53 m/s
Fortskridande våg: 4,66 m/s
Jag gjorde två olika mätningar:
SvaraRaderaFörst spände jag fast slinkyn i en ställning på ett bord, backade bak 3 m så slinkyn hängde fritt i luften. Medelvärdet för pulsen att komma åter till min hand var 1,15 s, dvs efter att ha färdats 6 m.
Sedan lät jag slinkyn vila på golvet och gjorde en stående våg med en nod i mitten. Tiden för två perioder, dvs 6 m, blev i medeltal 1,2 s.
Min slinky väger 0,4 kg och spännkraften var 3,3 N.
Resultatet blev:
I teorin: 5 m/s
Stående våg: 5 m/s
Puls: 5,2 m/s
Slinkyns massa 0,3kg
SvaraRaderaSpänkraften 3N vid en längd av 3m
Slinkyns tröghet massa/längd 0,3kg/3m=0,1kg/m
Utbredningshastighet= roten ur spänkraft/(massan/längd)
Teoretisk utbredningshastighet: ca 5,48m/s
Experimentela värden
Fortskridande våg: 5,70m/s
Stående våg: 5,45m/s
Jag lyckas inte lista ut hur jag gör för att bestämma slinkyns spännkraft. Jag försöker hitta i boken hur man gör utan framgång. Någon som kan förklara för mig?
SvaraRaderaIngen som sett Jemimas fråga?
SvaraRaderaSpänning i ett snöre är inte det enklaste begreppet i mekaniken. Det är en kraft, men utan bestämd riktning, verkar det som. Man kan se det i den här bilden.
Som jag skrev ovan, du kan hänga en massa på typ 100 gram i ett snöre. Då är spänningen i snöret 0,98 newton. För att få spänningen i horisontell riktning, behövs någon improviserad trissa, där friktionen inte ska vara allt för stor.
Jag hade ingen lämplig trissa så jag tror jag misslyckades med att bestämma slinkyns spännkraft. Det jag gjorde var att låta slinkyn hänga lodrätt med olika vikter, och räkna ut medelvärdet på kraftkonstanten k (där k=F/förlängningen). Värdet jag fick fram var 0,52.
SvaraRaderaSlinkyn väger 100 g och jag valde en längd på 2 m. Utifrån det fick jag fram ett teoretiskt värde på hastigheten, 3,22 m/s.
Detta stämde dock inte alls med mina uppmätta värden:
Fortskridande våg: 2,5 m/s
Stående våg: 2,4 m/s
Jag misstänker att det var min metod att bestämma spännkraften i slinkyn som inte fungerade, vilket kan förklara olikheten i värdena.
Jag tar med mig slinkyn till laborationerna i helgen, så kanske jag kan låna en nanometer i stället. :)
Det är inte kraftkonstanten som behövs, utan spännkraften. Skriv alltid enheter: kraftkonstanten för Hookes lag ges i newton/meter, men du vill veta slinkyns spänning (i newton).
SvaraRaderaJag mätte slinkyns spänning med nanometer under distansträffen och fick då fram 0,8 N vilket gav en teoretisk hastighet på 4 m/s i stället... så mina uppmätta värden var tydligen inget vidare...
SvaraRaderaDu menar dynamometer, grekiska för kraftmätare.
SvaraRaderaFör att veta om mätningar eller uträkningar stämmer med varandra, måste man känna till värdenas noggranhet. Man måste uppskatta felgränserna i mätningar, och räkna ut hur de påverkar precisionen i resultaten. Så i experimentell fysik räcker det inte med att säga att en slinky har en vikt på 100 gram – man bör ange om det är 100 ± 20 gram eller om det är 100 ± 50 gram, eller vad det nu är. Sedan är den teoretiska hastigheten inte så känslig för massan. Eftersom det går som en fyrkantsrot, ger en osäkerhet på 20 % under rottecknet bara 10 % felmarginal i hastigheten.
Ojdå, ja dynamometer menar jag såklart. :)
SvaraRaderaVad gäller noggrannhet i mätningarna var det ju inte så lätt, jag använde suddgummin och leksaksbilar som tyngder och vägde dem på en gammaldags brevvåg. Slinkyn också. Med tanke på det kanske jag ska vara nöjd med mina resultat. :)
Massa 0,195kg
SvaraRaderaSpännkraft 4,25N
Tröghet (massa/längd) 0,195/4,15 = 0,047
Beräknat värde: Roten ur Spännkraft/tröghet = 9,51m/s
Uppmätta värden
Puls 83m/8,22s = 10,1m/s
Stående våg = 83m/7,23s = 11,5m/s
Puls: 20*3,25m/12,22 s = 5,32 m/s
SvaraRaderateoretisk (F=2N, my=0,221/3,25= 0,068 kg/m): 5,42 m/s (roten ur 2/0,068)
Stående våg, grundfrekvens: 3,25*2/(26,00/20) = 5,000... m/s
Stående våg, 1:a överton: 3,25/(64,94/100) = 5,00 m/s.