Μελέτη της ελαστικής και πλαστικής κρούσης με τα εργαστηριακά αμαξίδια

Μελέτη της ελαστικής και πλαστικής κρούσης με τα εργαστηριακά αμαξίδια

ΥΛΙΚΑ ΠΟΥ ΑΠΑΙΤΟΥΝΤΑΙ:

1. Εργαστηριακό αμαξίδιο απλό (ΜΣ.200.0)

2. Εργαστηριακό αμαξίδιο με έμβολο (ΜΣ.205.0)

3. Ένα εμπόδιο (π.χ. παραλληλεπίπεδο κομμάτι ξύλου)

4. Δύο μεγάλοι σφιγκτήρες τύπου G (ΓΕ.050.0) & ένας μικρός (ΓΕ.050.1)

5. Ζυγός ηλεκτρονικός (ΓΕ.130.0), για τη μάζα των αμαξιδίων

6. Χρονομετρητής με ηλεκτροκινητήρα (ΓΕ.155.0)

7. Δύο καρμπόν (κύκλος ακτίνας 2cm)

8. Χαρτοταινίες & σελοτέιπ

9. Χάρακας (ΓΕ.220.0)

10. Αριθμομηχανή, για τις πράξεις και μολύβι

 

ΓΕΝΙΚΕΣ ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ:

- Φροντίζουμε ο πάγκος που θα γίνει το πείραμα να είναι οριζόντιος (ελέγχουμε με αλφάδι) για να μην κινούνται τα αμαξίδια χωρίς να δεχθούν δυνάμεις.

- Για να μην κάνουμε επεμβάσεις στα αμαξίδια είναι πιο πρακτικό για την ελαστική κρούση να χρησιμοποιήσουμε τα αμαξίδια που προμηθεύτηκαν τα Λύκεια από ΕΠΕΑΕΚ, ενώ για την πλαστική τα παλιά που είχαν από PSSC (αυτά με τα μαξιλαράκια σκριτς-σκρατς).

- Αν το μαξιλαράκι ξεκολλάει από τα αμαξίδια, όταν τα διαχωρίζουμε μετά την πλαστική κρούση, μπορούμε να το στερεώσουμε πιο σταθερά με σιλικόνη.

- Στην ελαστική κρούση θα χρησιμοποιήσουμε τα νέα αμαξίδια (από ΕΠΕΑΕΚ), δύο καρμπόν στο χρονομετρητή και κάτω από καθένα θα περνά η χαρτοταινία που στερεώνεται στο πίσω μέρος κάθε αμαξιδίου.

- Στην πλαστική κρούση θα χρησιμοποιήσουμε τα παλιά αμαξίδια (από PSSC), ένα καρμπόν στο χρονομετρητή και μία χαρτοταινία που θα στερεώνεται στο πίσω μέρος του αμαξιδίου, που θα κινείται πριν την κρούση.

 

ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ:

- Αμαξίδια διαθέτουν τα Γενικά Λύκεια (από ΕΠΕΑΕΚ) του Ν. Καρδίτσας και το ΕΚΦΕ, γι? αυτό καλούνται όσοι Υ.Σ.Ε.Φ.Ε. δεν διαθέτουν στο σχολείο τους να τα προμηθευτούν από αυτά κάνοντας σχετικό πρωτόκολλο δανεισμού για χρήση και επιστροφή.

 

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ:

Αν με δείκτη 1 θεωρούμε το αμαξίδιο χωρίς το έμβολο (μηχανισμό εκτίναξης) και με 2 το άλλο, ενδεικτικές τιμές (χωρίς να σημαίνει ότι είναι και οπωσδήποτε καλές) είναι οι παρακάτω:

- Ελαστική κρούση

1. Ζυγίζουμε τα αμαξίδια και βρίσκουμε τις μάζες τους:

m1=574g=0,574Kg και m2=630g=0,630Kg

2. Στερεώνουμε χαρτοταινίες στο πίσω μέρος των αμαξιδίων, τις περνάμε κάτω από τα καρμπόν και τον οδηγό του χρονομετρητή και ρυθμίζουμε το διακόπτη του χρονομετρητή ώστε να λειτουργεί με ρυθμό 50 κουκίδων/s. Έτσι η απόσταση μεταξύ 6 (η 1η αντιστοιχεί στο 0) διαδοχικών κουκίδων στη χαρτοταινία θα διανύεται σε χρονικό διάστημα 0,1s.

3. Εκτοξεύουμε το αμαξίδιο 1 προς το 2 (που αρχικά είναι ακίνητο ) και μετά την ελαστική κρούση που κάνουν υπολογίζουμε τις ταχύτητές τους μετρώντας την απόσταση 6 διαδοχικών κουκίδων στη χαρτοταινία και διαιρώντας με 0,1s.

Πριν την κρούση: x1=23cm=0,23m, υ1=0,23/0,1=2,3m/s και p1=m1·υ1=0,574Kg·2,3m/s=1,32Kg·m/s.

Η ορμή του συστήματος είναι pαρχ= p1+ p2=1,32+0=1,32Kg·m/s

και η κινητική ενέργεια Καρχ=½·m1·υ12+½·m2·υ22=½·0,574·2,32+0=1,52J.

Μετά την κρούση: x1?=2cm=0,02m, υ1?=0,02/0,1=0,2m/s και p1?=m1·υ1?=0,574Kg·0,2m/s=0,12Kg·m/s

x2?=18cm=0,18m, υ2?=0,18/0,1=1,8m/s και p2?=m2·υ2?=0,630Kg·1,8m/s =1,13Kg·m/s

Η ορμή του συστήματος είναι pτελ= p1?+ p2?=0,12+1,13=1,25Kg·m/s

και η κινητική ενέργεια Κτελ=½·m1·υ1?2+½·m2·υ2?2=½·0,574·0,22+½·0,630·1,82=0,01+1,02=1,03J.

4. Παρατηρούμε ότι στην ορμή του συστήματος των δύο αμαξιδίων έχουμε μείωση κατά 5,3%, δηλαδή μπορούμε να πούμε ότι η αρχή διατήρησης της ορμής προσεγγίζεται ικανοποιητικά, ενώ στην κινητική ενέργεια η μείωση είναι κατά 17,6%, που οφείλεται στις τριβές που εμφανίζονται κατά την πειραματική πραγματοποίηση του φαινομένου της ελαστικής κρούσης.

- Πλαστική κρούση

1. Ζυγίζουμε τα αμαξίδια και βρίσκουμε τις μάζες τους:

m1=537g=0,537Kg και m2=557g=0,557Kg

2. Στερεώνουμε τη χαρτοταινία στο πίσω μέρος του αμαξιδίου 1, την περνάμε κάτω από το καρμπόν και τον οδηγό του χρονομετρητή και ρυθμίζουμε το διακόπτη του χρονομετρητή ώστε να λειτουργεί με ρυθμό 50 κουκίδων/s. Έτσι η απόσταση μεταξύ 6 (η 1η αντιστοιχεί στο 0) διαδοχικών κουκίδων στη χαρτοταινία θα διανύεται σε χρονικό διάστημα 0,1s.

3. Εκτοξεύουμε το αμαξίδιο 1 προς το 2 (που αρχικά είναι ακίνητο) και μετά την πλαστική κρούση που κάνουν υπολογίζουμε τις ταχύτητές τους μετρώντας την απόσταση 6 διαδοχικών κουκίδων στη χαρτοταινία και διαιρώντας με 0,1s.

Πριν την κρούση: x1=24cm=0,24m, υ1=0,24/0,1=2,4m/s και p1=m1·υ1=0,537Kg·2,4m/s=1,29Kg·m/s.

Η ορμή του συστήματος είναι pαρχ= p1+ p2=1,29+0=1,29Kg·m/s

και η κινητική ενέργεια Καρχ=½·m1·υ12+½·m2·υ22=½·0,537·2,42+0=1,55J.

Μετά την κρούση: x?=11cm=0,11m, υ?=0,11/0,1=1,1m/s και p?=(m1+m2)·υ?=1,094Kg·1,1m/s=1,20Kg·m/s

Η ορμή του συστήματος είναι pτελ= p?=1,20Kg·m/s

και η κινητική ενέργεια Κτελ=½·(m1+m2)·υ?2=½·1,094·1,12=0,66J.

4. Παρατηρούμε ότι στην ορμή του συστήματος των δύο αμαξιδίων έχουμε μείωση κατά 6,9%, δηλαδή μπορούμε να πούμε ότι η αρχή διατήρησης της ορμής προσεγγίζεται ικανοποιητικά, ενώ στην κινητική ενέργεια η μείωση είναι κατά 57,4%, που οφείλεται στην ενέργεια που απαιτήθηκε για την δημιουργία του συσσωματώματος κατά την πειραματική πραγματοποίηση του φαινομένου της ελαστικής κρούσης.

Το υλικό της σελίδας σε αρχεία για αποθήκευση: 1. Οδηγός ΕΚΦΕ (doc)