Työ 5: Putoamiskiihtyvyys



Samankaltaiset tiedostot
on radan suuntaiseen komponentti eli tangenttikomponentti ja on radan kaarevuuskeskipisteeseen osoittavaan komponentti. (ks. kuva 1).

Työ 3: Veden höyrystymislämmön määritys

Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla.

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Muunnokset ja mittayksiköt

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

Massa ja paino. Jaana Ohtonen Språkskolan Kielikoulu. torsdag 9 januari 14

Heilurin heilahdusaikaan vaikuttavat tekijät

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Vino heittoliike ja pyörimisliike (fysiikka 5, pyöriminen ja gravitaatio) Iina Pulkkinen Iida Keränen Anna Saarela

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

FYSP101/K1 KINEMATIIKAN KUVAAJAT

Opetusmateriaali. Tutkimustehtävien tekeminen

FYSA210/K2 KÄÄNTÖHEILURI

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

On määritettävä puupalikan ja lattian välinen liukukitkakerroin. Sekuntikello, metrimitta ja puupalikka (tai jääkiekko).

Jousen jaksonaikaan vaikuttavat tekijät

ELEC-A3110 Mekaniikka (5 op)

ELEC-A3110 Mekaniikka (5 op)

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Pietarsaaren lukio Vesa Maanselkä

nopeammin. Havaitaan, että kussakin tapauksessa kuvaaja (t, ϕ)-koordinaatistossa on nouseva suora.

Liike pyörivällä maapallolla

Luku 7 Työ ja energia. Muuttuvan voiman tekemä työ Liike-energia

Harjoitustyö Hidastuva liike Biljardisimulaatio

Vedetään kiekkoa erisuuruisilla voimilla! havaitaan kiekon saaman kiihtyvyyden olevan suoraan verrannollinen käytetyn voiman suuruuteen

ELEC-A3110 Mekaniikka (5 op)

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka, luento Kari Sormunen

yyyyyyyyyyyyyyyyy Tehtävä 1. PAINOSI AVARUUDESSA Testaa, paljonko painat eri taivaankappaleilla! Kuu kg Maa kg Planeetta yyy yyyyyyy yyyyyy kg Tiesitk

AUTON LIIKETEHTÄVIÄ: KESKIKIIHTYVYYS ak JA HETKELLINEN KIIHTYVYYS a(t) (tangenttitulkinta) sekä matka fysikaalisena pinta-alana (t,

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Torsioheiluri IIT13S1. Selostuksen laatija: Eerik Kuoppala. Ryhmä B3: Eerik Kuoppala G9024 Petteri Viitanen G8473

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

7. Resistanssi ja Ohmin laki

VUOROVAIKUTUKSESTA VOIMAAN JA EDELLEEN LIIKKEESEEN. Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet (mat/fys/kem suunt.), luento 1 Kari Sormunen

HARMONISEN VÄRÄHTELIJÄN JAKSONAIKA JA HEILURIEN HEILAHDUSAJAT - johtaminen 1) VAIMENEMATON HARMONINEN VÄRÄHDYSLIIKE

FYSIIKAN HARJOITUSTEHTÄVIÄ

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

VUOROVAIKUTUS JA VOIMA

v = Δs 12,5 km 5,0 km Δt 1,0 h 0,2 h 0,8 h = 9,375 km h 9 km h kaava 1p, matkanmuutos 1p, ajanmuutos 1p, sijoitus 1p, vastaus ja tarkkuus 1p

= 6, Nm 2 /kg kg 71kg (1, m) N. = 6, Nm 2 /kg 2 7, kg 71kg (3, m) N

3 x 1 < 2. 2 b) b) x 3 < x 2x. f (x) 0 c) f (x) x + 4 x Etsi käänteisfunktio (määrittely- ja arvojoukkoineen) kun.

Fysiikka 1. Dynamiikka. Voima tunnus = Liike ja sen muutosten selittäminen Physics. [F] = 1N (newton)

Kiihtyvyys a on paikan x toinen aikaderivaatta 2

FYSIIKAN HARJOITUSKOE I Mekaniikka, 8. luokka

ja J r ovat vektoreita ja että niiden tulee olla otettu saman pyörimisakselin suhteen. Massapisteen hitausmomentti on

FYSIIKKA (FY91): 9. KURSSI: Kertauskurssi KOE VASTAA KUUTEEN (6) TEHTÄVÄÄN!!

766323A Mekaniikka, osa 2, kl 2015 Harjoitus 4

Heilurin heilahdusaika (yläkoulun fysiikka) suunnitelma

Työ 31A VAIHTOVIRTAPIIRI. Pari 1. Jonas Alam Antti Tenhiälä

FYSIIKKA. Mekaniikan perusteita pintakäsittelijöille. Copyright Isto Jokinen; Käyttöoikeus opetuksessa tekijän luvalla. - Laskutehtävien ratkaiseminen

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2014 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Harjoitellaan voimakuvion piirtämistä

Fysiikka 1 Luku 2. Työn tarkoitus Työssä tutustutaan mittaamiseen, mittaustarkkuuteen ja mittausvirheen laskemiseen.

Liikemäärän säilyminen Vuorovesivoimat Jousivoima

KON C H03 Ryhmä G Samppa Salmi, 84431S Joel Tolonen, Koesuunnitelma

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Suhteellinen nopeus. Matkustaja P kävelee nopeudella 1.0 m/s pitkin 3.0 m/s nopeudella etenevän junan B käytävää

MATEMATIIKKA 5 VIIKKOTUNTIA

HARJOITUS 4 1. (E 5.29):

Liike ja voima. Kappaleiden välisiä vuorovaikutuksia ja niistä aiheutuvia liikeilmiöitä

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Luento 13: Periodinen liike. Johdanto Harmoninen värähtely Esimerkkejä F t F r

FYSA210/2 PYÖRIVÄ KOORDINAATISTO

MEKANIIKAN TEHTÄVIÄ. Nostotyön suuruus ei riipu a) nopeudesta, jolla kappale nostetaan b) nostokorkeudesta c) nostettavan kappaleen massasta

TASAVIRTAPIIRI - VASTAUSLOMAKE

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Luvun 10 laskuesimerkit

Jousen jousivoiman riippuvuus venymästä

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2012 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Fy06 Koe Kuopion Lyseon lukio (KK) 1/7

Nopeus, kiihtyvyys ja liikemäärä Vektorit

L a = L l. rv a = Rv l v l = r R v a = v a 1, 5

AVOIN SARJA. 1. Määritä putoamiskiihtyvyysheilurin avullasopivaa graafista esitystä käyttäen.

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 4: Ketjusäännöt ja lineaarinen approksimointi

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2013 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Integraalilaskenta. Markus Hähkiöniemi Satu Juhala Petri Juutinen Sari Louhikallio-Fomin Erkki Luoma-aho Terhi Raittila Tommi Tikka

a) Piirrä hahmotelma varjostimelle muodostuvan diffraktiokuvion maksimeista 1, 2 ja 3.

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Kinematiikka -1- K09A,B&C Harjoitustehtäviä Kevät 2010 PARTIKKELI. Suoraviivainen liike

Kuva 1. Langan päässä oleva massa m vetää pudotessaan lankaan kiinnitettyä M-massaista vaunua.

c) Määritä paraabelin yhtälö, kun tiedetään, että sen huippu on y-akselilla korkeudella 6 ja sen nollakohdat ovat x-akselin kohdissa x=-2 ja x=2.

a) Kuinka pitkän matkan punnus putoaa, ennen kuin sen liikkeen suunta kääntyy ylöspäin?

FY6 - Soveltavat tehtävät

5-2. a) Valitaan suunta alas positiiviseksi. 55 N / 6,5 N 8,7 m/s = =

Ensimmäisen asteen polynomifunktio

Luvun 5 laskuesimerkit

Gravitaatio ja heittoliike. Gravitaatiovoima Numeerisen ratkaisun perusteet Heittoliike

Laskun vaiheet ja matemaattiset mallit

3.4 Liike-energiasta ja potentiaalienergiasta

Jani-Matti Hätinen Työn pvm assistentti Stefan Eriksson

1 2 x2 + 1 dx. (2p) x + 2dx. Kummankin integraalin laskeminen oikein (vastaukset 12 ja 20 ) antaa erikseen (2p) (integraalifunktiot

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

XXIII Keski-Suomen lukiolaisten matematiikkakilpailu , tehtävien ratkaisut

2.3 Voiman jakaminen komponentteihin

Transkriptio:

Työ 5: Putoamiskiihtyvyys Työryhmä: Tehty (pvm): Hyväksytty (pvm): Hyväksyjä: 1. Tavoitteet Työssä määritetään putoamiskiihtyvyys kolmella eri tavalla. Ennakko-oletuksena mietitään, pitäisikö jollain tavoista tulla keskimäärin todellista arvoa suurempia tai pienempiä arvoja, vai onko virhe satunnainen. Lopuksi arvioidaan tuloksia ja lasketaan kaikista keskiarvo. Työselostukseen täydennetään ennakko-oletukset, tulokset ja johtopäätökset. 2.1. Putoamiskiihtyvyys 1 2. Teoria Putoamiskiihtyvyys johtuu Maan gravitaatiovoimasta ja se riippuu paikasta ja ajasta. Riippuvuus ajasta johtuu Auringon ja Kuun vuoksivoimista (vaihteluväli Suomessa 3 µm/s 2 ) ja mm. pohjaveden ja ilmakehän massan vaihteluista (vähintään kertaluvun verran pienempiä). Kun tärkeimmät aikavaihtelut poistetaan putoamiskiihtyvyydestä sovituin menetelmin, saadaan ajasta riippumaton putoamiskiihtyvyys. Maapallo on navoiltaan litistynyt. Navoilta on lyhyempi matka keskipisteeseen, jolloin voiman vaikutus (kiihtyvyys) on niiden alueella suurempi: putoamiskiihtyvyys navoilla on 9, 832m/s 2 ja päiväntasaajalla 9, 7804m/s 2. Kaikilla kappaleilla pitäisi siis olla täsmälleen sama kiihtyvyys pudotessaan, mutta tilanne muuttuu vastustavien voimien, erityisesti ilmanvastuksen takia. Ilmanvastus ei ole verrannollinen kappaleen massaan, joten sen aiheuttama kiihtyvyys ei ole kaikille kappaleille sama. Mittatekniikan laitos mittaa koko ajan Suomessa putoamiskiihtyvyyden arvoja laitteistolla, jossa kappaleita pudotetaan tyhjiössä, jolloin ilmanvastu ei häiritse mittauksia. 2.2. Kinematiikan perusteita 2 Kappaleen ollessa tasaisessa liikkeessä sen paikka kasvaa tasaisesti. Voidaan kirjoittaa v = x t. (1) Kun kappale ei ole tasaisessa liikkeessä, näin saadaan laskettua kappaleen keskinopeus. Kappaleen ollessa tasaisesti kiihtyvässä liikkeessä sen nopeus kasvaa tasaisesti. Voidaan kirjoittaa a = v t. (2) 1

Kappaleen liikkuessa vakiokiihtyvyydellä a sen paikka x hetkellä t voidaan laskea yhtälöstä x = x 0 + v 0 t + 1 2 at2, (3) missä x 0 on kappaleen lähtöpiste ja v 0 on kappaleen alkunopeus. Jos nämä molemmat ovat nolla, saadaan erikoistapauksena x = 1 2 at2. (4) Kun tätä sovelletaan tilanteeseen, jossa kappale pudotetaan levosta, saadaan yhtälö h = 1 2 gt2 2h = gt 2, (5) missä h on pudotuskorkeus, t on putoamisaika ja g on putoamiskiihtyvyys. 2.3. Matemaattinen heiluri 3 Matemaattinen heiluri määritellään painottoman langan päässä heilahtelevaksi massapisteeksi. Tätä heilurin mallia noudattaa ominaisuuksiltaan melko hyvin ohueen lankaan ripustettu pieni pallo. Heilurin pituus l on kappaleen keskipisteen etäisyys ripustamispisteestä ja T on heilahdusaika. Matemaattinen heiluri noudattaa kaavaa T = 2π l g g = 4π2 l T 2 (6) sitä paremmin, mitä pienempiä heilahduskulmat ovat. Kaava on ensimmäisen kertaluvun approksimaatio heilahdusajasta sin α:n suhteen. Putoamisen kestävä kappale Sekuntikello Mittanauha, viivotin Jaksotin nauhoineen Statiivi tankoineen Punnus Lankaa, sakset 4.1. Työvaiheet, työ 1 3. Tarvikkeet 4. Työn kuvaus Pudotetaan kappaletta eri korkeuksilta ja mitataan pudotuskorkeus h sekä putoamiseen kuluva aika t. Tulokset kirjataan (t 2, 2h)-koordinaatistoon. Yhtälön (5) mukaan mittauspisteisiin sovitetun suoran kulmakerroin on putoamiskiihtyvyys. 2

4.2. Työvaiheet, työ 2 Jaksotin on laite, joka lyö merkin paperiin 0, 02 s välein. Jaksotin kiinnitetään statiiviin ja katsotaan, että kappaleella on riittävästi tilaa pudota jaksottimen alle. Kiinnitetään punnus jaksottimen paperinauhaan ja asetetaan nauha jaksottimeen. Käynnistetään jaksotin ja päästetään kappale putoamaan. Mittaamalla alkupäästä pisteiden p i 1 ja p i+1 välinen etäisyys saadaan laskettua keskinopeus tällä välillä käyttämällä kaavaa (1). Tämä on nauhan nopeus pisteen p i kohdalla, koska nopeus kasvaa tasaisesti ja piste p i on ajallisesti pisteiden p i 1 ja p i+1 puolivälissä. Vastaavasti mittaamalla loppupäästä pisteiden p j 1 ja p j+1 välinen etäisyys saadaan kaavalla (1) nauhan nopeus pisteessä p j. Näistä saadaan laskettua putoamiskiihtyvyys kaavalla (2). 4.3. Työvaiheet, työ 3 Kiinnitetään punnus langalla roikkumaan statiivista ja mallinnetaan tällä matemaattista heiluria. Mitataan 10 heilahdukseen kuluva aika, tästä saadaan laskettua heilahdusaika jakamalla kymmenellä. Mitataan lisäksi heilurin pituus ja lasketaan kaavalla (6) putoamiskiihtyvyys. Tehdään mittaus yhteensä kolmella eripituisella heilurilla ja lasketaan saaduista putoamiskiihtyvyyksistä keskiarvo. Käytetään mahdollisimman pieniä heilahduskulmia, jotta heiluri noudattaisi kaavaa (6) mahdollisimman hyvin. 4.4. Vaaratekijät Työssä pudotetaan painoja. On varottava, etteivät ne putoa varpaille tai riko mitään. 5. Ennakko-oletus Onko syytä olettaa, että jossain työssä saataisiin järjestelmällisesti liian suuria tai liian pieniä arvoja putoamiskiihtyvyydelle, vai onko virhe satunnainen? Miksi? 3

6. Tulokset 6.1. Työ 1 Saatu (t 2, 2h)-kuvaaja on liitteenä. Putoamiskiihtyvyyden arvoksi saatiin 6.2. Työ 2 Alkupään pisteiden p i 1 ja p i+1 välimatka: Nopeus pisteen p i kohdalla: Loppupään pisteiden p j 1 ja p j+1 välimatka: Nopeus pisteen p j kohdalla: Pisteiden p i ja p j välillä kulunut aika: Putoamiskiihtyvyydeksi saatiin: 6.3. Työ 3 Saadut tulokset ovat allaolevassa taulukossa: heilurin pituus 10 heilahdukseen kulunut aika heilahdusaika laskettu putoamiskiihtyvyys l (m) t (s) T (s) g (m/s 2 ) 6.4. Putoamiskiihtyvyydeksi saatu arvo Kolmen eri työn tuloksena saatujen putoamiskiihtyvyyksien keskiarvo: 7. Johtopäätökset Pitivätkö ennakko-oletukset paikkaansa? Kuinka lähelle virallista putoamiskiihtyvyyden arvoa päästiin? Onko jälkikäteen löydettävissä muita virhelähteitä, kuin mitä ennakko-oletuksessa huomioitiin? 4

Viitteet 1 G. D. Garland The Earth s Shape and Gravity. 1. painos, Pergamon Press Inc., Toronto, 1965. ISBN 978-0-08-010822-3. 2 H. Lehto, R. Havukainen, J. Maalampi, J. Leskinen Fysiikka 4: Liikkeen lait. 1.-5. painos, Sanoma Pro Oy, Helsinki, 2012. ISBN 978-952-63-0119-8 3 Esko Valtanen Matematiikan ja fysiikan käsikirja 2. painos. 1. painos, Genesis-Kirjat Oy, Jyväskylä, 2007. ISBN 978-952-9867-28-8 5