Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla.

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

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

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

Luento 11: Periodinen liike

Luento 13: Periodinen liike

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

TTY FYS-1010 Fysiikan työt I Asser Lähdemäki, S, 3. vsk. MA 2.2 Kääntöheiluri Antti Vainionpää, S, 3. vsk.

Työ 5: Putoamiskiihtyvyys

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

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

Heilurin heilahdusaikaan vaikuttavat tekijät

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

FYSA210/K2 KÄÄNTÖHEILURI

tutustua kiertoheilurin teoriaan ja toimintaan harjoitella mittauspöytäkirjan itsenäistä tekemistä sekä työselostuksen laatimista

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

Luento 11: Periodinen liike

tutustua kiertoheilurin teoriaan ja toimintaan

Työssä määritetään luokkahuoneen huoneilman vesihöyryn osapaine, osatiheys, huoneessa olevan vesihöyryn massa, absoluuttinen kosteus ja kastepiste.

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

Fysiikan valintakoe , vastaukset tehtäviin 1-2

Fysiikan laboratoriotyöt 1, työ nro: 2, Harmoninen värähtelijä

Mekaaninen energia. Energian säilymislaki Työ, teho, hyötysuhde Mekaaninen energia Sisäenergia Lämpö = siirtyvää energiaa. Suppea energian määritelmä:

Perusopintojen Laboratoriotöiden Työselostus 1

Kuva 1. Ohmin lain kytkentäkaavio. DC; 0 6 V.

Tapa II: Piirretään voiman F vaikutussuora ja lasketaan momentti sen avulla. Kuva 3. d r. voiman F vaikutussuora

KIERTOHEILURI JA HITAUSMOMENTTI

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

FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 2 MAGNEETTIKENTTÄTYÖ

Jousen jaksonaikaan vaikuttavat tekijät

Jakso 1: Pyörimisliikkeen kinematiikkaa, hitausmomentti

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Nyt kerrataan! Lukion FYS5-kurssi

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

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

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Heilurin heilahdusaika (yläkoulun fysiikka) suunnitelma

KALTEVA TASO. 1. Työn tavoitteet. 2. Teoria

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

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

LIITE 1 VIRHEEN ARVIOINNISTA

FYS101 / 2. HEITTOLIIKE

LibreOfficen kaavaeditori

g-kentät ja voimat Haarto & Karhunen

Fysiikan kurssit. MAOL OPS-koulutus Naantali Jukka Hatakka

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

Virhearviointi. Fysiikassa on tärkeää tietää tulosten tarkkuus.

PERUSMITTAUKSIA. 1 Työn tavoitteet

Fysiikan perusteet. Työ, energia ja energian säilyminen. Antti Haarto

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

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

Luento 7: Pyörimisliikkeen dynamiikkaa

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Miltä työn tekeminen tuntuu

2 Pistejoukko koordinaatistossa

BM30A0240, Fysiikka L osa 4

Nimi: Muiden ryhmäläisten nimet:

Kiihtyvyys a on paikan x toinen aikaderivaatta 2

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta - dia-valinta 2011 Insinöörivalinnan fysiikan koe , malliratkaisut

Suorien ja tasojen geometriaa Suorien ja tasojen yhtälöt

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Työn tavoitteita. Yleistä. opetella johtamaan yleisestä teoriasta tai mallista mitattavissa olevia ennusteita ja testaamaan niitä kokeellisesti

TKK, TTY, LTY, OY, ÅA, TY ja VY insinööriosastojen valintakuulustelujen fysiikan koe , malliratkaisut ja arvostelu.

5.9 Voiman momentti (moment of force, torque)

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

PERUSMITTAUKSIA. 1. Työn tavoitteet. 1.1 Mittausten tarkoitus

PAINOPISTE JA MASSAKESKIPISTE

ILMAILUTIEDOTUS. PL 50, VANTAA, FINLAND, Tel. 358 (0) , Fax 358 (0)

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

4B6A. KIMMOISUUSTUTKIMUKSIA

MS-A0205/MS-A0206 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 Luento 11: Taso- ja tilavuusintegraalien sovellutuksia

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Mallit laskuharjoitukseen 3 /

Fysiikan laboratoriotyöt 3 Sähkömotorinen voima

AVOIMEN SARJAN VASTAUKSET JA PISTEITYS

Luku 8. Mekaanisen energian säilyminen. Konservatiiviset ja eikonservatiiviset. Potentiaalienergia Voima ja potentiaalienergia.

1240eV nm. 410nm. Kun kappaleet saatetaan kontaktiin jännite-ero on yhtä suuri kuin työfunktioiden erotus ΔV =

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

FY6 - Soveltavat tehtävät

Liikkeet. Haarto & Karhunen.

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

RATKAISUT: 19. Magneettikenttä

3 TOISEN ASTEEN POLYNOMIFUNKTIO

Kertaus 3 Putkisto ja häviöt, pyörivät koneet. KJR-C2003 Virtausmekaniikan perusteet

Kitka ja Newtonin lakien sovellukset

n. asteen polynomilla on enintään n nollakohtaa ja enintään n - 1 ääriarvokohtaa.

MS-A0202 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (SCI) Luento 10: Moninkertaisten integraalien sovelluksia

761121P-01 FYSIIKAN LABORATORIOTYÖT 1. Oulun yliopisto Fysiikan tutkinto-ohjelma Kevät 2016

Purjelentokoneiden punnitus

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

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme


Fysiikan perusteet. Voimat ja kiihtyvyys. Antti Haarto

Shrödingerin yhtälön johto

Ilman suhteellinen kosteus saadaan, kun ilmassa olevan vesihöyryn osapaine jaetaan samaa lämpötilaa vastaavalla kylläisen vesihöyryn paineella:

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Luvun 5 laskuesimerkit

Transkriptio:

TYÖ 9d. FYSIKAALISEN HEILURIN HITAUSMOMENTTI Tehtävä Välineet Taustatietoja Tehtävänä on määrittää fysikaalisen heilurin hitausmomentti heilahdusajan avulla. Fysikaalisena heilurina on metrin teräsmittana, sekuntikello, mittanauha tai viivotin, vaaka, statiivitanko, jalustin, puristimia + ripustinkoukku, ym. välineitä. Jäykkä heiluri eli fysikaalinen heiluri on jäykkä kappale, joka heilahtelee kiinteän akselinsa Z ympäri (ks. kuva 1). Kiinteä akseli ei kulje painopisteen O kautta. Kuva 1. Fysikaalinen heiluri Kappaleeseen vaikuttavat voimat ovat painovoima akselin (tai ripustuslangan) tukivoima. Jos akseli on vaakasuora ja kappale poikkeutetaan tasapainoasemasta, painovoima pyrkii palauttamaan sen tasapainoasemaan. Kappale alkaa heilahdella edestakaisin. Jos liikevastusvoimat ovat merkityksettömiä, heiluri on ideaalinen. Tällöin sen mekaaninen energia säilyy. Fysikaalisen heilurin heilahdusajalle voidaan johtaa lauseke (ks. http://www.kotiposti.net/ajnieminen/jah.pdf) ja (1) missä m = heilurin massa (kg), ra = heilurin massakeskipisteen (painopisteen) O etäisyys pyörähdysakselista Z (m), JA = hitausmomentti pyörähdysakselin Z suhteen (kgm ), g = putoamiskiihtyvyys = 9,81 m/s. (ks. kuva 1). Steinerin säännön mukaan kappaleen hitausmomentti etäisyydellä ra olevan akselin Z suhteen on () missä Jo = kappaleen hitausmomentti massakeskipisteen (painopisteen) O suhteen. Hitausmomentti J on pyörimishitauden mitta. Hitausmomentin yksikkö on.

Kappaleiden hitausmomentteja on taulukossa (MAOL s. 16-17 (118-119)). Siellä on myös fysikaalisen heilurin heilahdusajan lauseke (1). Fysikaalisen heilurin heilahdusajan lausekkeesta voidaan johtaa hitausmomentille J lauseke kappaleen pisteessä A olevan pyörähdysakselin Z suhteen; missä m = heilurin massa (kg), JA = hitausmomentti kappaleen pisteessä A olevan pyörähdysakselin Z suhteen (kgm ), T = fysikaalisen heilurin heilahdusaika (s) ra = heilurin massakeskipisteen O etäisyys pyörähdysakselista Z (m), g = putoamiskiihtyvyys = 9,81 m/s. (ks. kuva 1). Steinerin säännöllä () ja yhtälön (3) avulla voidaan johtaa hitausmomentille Jo lauseke painopisteen pp (= massakeskipisteen) O kautta kulkevan edellisen pisteessä A sijaitsevan tukiakselin Z suuntaisen akselin suhteen: (3) (4) Suoritusohjeita Punnitaan fysikaalisena heilurina toimiva noin metrin mittainen teräsmitta. Ripustetaan mitta statiivitankoon. Määritetään painopisteen (massakeskipisteen) pp paikka O ja sen etäisyys ra heilahdusakselista Z. Mitataan 10 heilahdukseen kuluva aika 10T vähintään kuusi kertaa ja lasketaan niistä keskiarvona yhteen heilahdukseen kuluva aika T. Merkitään kaikki mittaustulokset alla olevaan mittauspöytäkirjan taulukkoon. Lasketaan lopuksi fysikaalisen heilurin hitausmomentti pyörähdysakselin Z suhteen JA ja painopisteen (pp) O suhteen Jo. Ilmoitetaan tulokset virherajoineen. Virherajat voidaan laskea vaihteluvälin puolikkaan avulla. Lopuksi pohditaan mahdollisia virhelähteitä ja vastataan kysymyksiin ja tehtäviin. Kuva 1. Fysikaalisena heilurina toimiva teräksinen mittakeppi. Kuva. Fysikaalinen heilurin heilahdusajan T määritys.

MITTAUSPÖYTÄKIRJA Fysikaalisen heilurin massa m = kg. Painopisteen O (massakeskipisteen) pp etäisyys heilahdusakselista Z eli pisteestä A on ra = m. Tehdään 6 8 kymmenen heilahdusajan 10T määritystä ja lasketaan heilahdusajan T keskiarvo. Lasketaan jokaiselle lasketulle heilahdusajalle T myös vastaava hitausmomentin JA arvo ja hitausmomentin JA keskiarvo. Taulukko 1. 1 3 4 5 6 7 8 i 10T (s) Heilahdusaika T (s) (10 heilahdusaikaa) (kgm ) keskiarvo T J A Lasketaan hitausmomentin absoluuttinen virhe ΔJA vaihteluvälin puolikkaan avulla: ΔJA on hitausmomentin suurin arvo pienin arvo jaettuna kahdella eli J J A, MAX A, MIN J A = ΔJA Ilmoitetaan tuloksena hitausmomentin keskiarvo virherajoineen: J = J ± J I HITAUSMOMENTTI JA = ( ± ) kgm.

Lasketaan vielä fysikaalisen heilurin hitausmomentti painopisteen pp suhteen lausekkeen (4) avulla: Heilahdusaikana T käytetään edellä laskettua heilahdusajan keskiarvoa. J o = Lasketaan vastaavasti kuten edelläkin hitausmomentin absoluuttinen virhe ΔJo vaihteluvälin puolikkaan avulla: ΔJo on hitausmomentin suurin arvo pienin arvo jaettuna kahdella eli J J o, MAX o, MIN Jo = ΔJo Ilmoitetaan tuloksena hitausmomentin keskiarvo virherajoineen: J = J ± J II HITAUSMOMENTTI Jo = ( ± ) kgm. TYÖN JA TULOSTEN TARKASTELUA: 1) Poikkeavatko hitausmomenttien arvot toisistaan? Miksi? ) Mitä seikat aiheuttivat virhettä tuloksiin? 3) Miten mittausten tarkkuutta voitaisiin parantaa?

Tehtäviä 1) Johda fysikaalisen heilurin heilahdusajan lausekkeesta (1) yhtälö (3) hitausmomentille ) Johda Steinerin säännöllä (): ja yhtälön (3): avulla hitausmomentille Jo lauseke (4):