1.2: Kuvvet ve İvme

1. İlk kurulum.

1. Hava yolunun bir ucuna bağlı bir kasnağı olacaktır. İpi planörün bir ucuna bağlayın ve asılı ağırlığa bağlanacağı kasnağın içinden geçirin.
2. Planörü hava yolundaki 190 cm işaretine yerleştirin. Fotogate zamanlayıcısını 100 cm işaretine yerleştirin. Planörün kendisi 200 g'lık bir kütleye sahiptir. Planörü hareket etmeyecek şekilde tutun ve ağırlığın toplam kütlesi 10 g'a eşit olacak şekilde asılı uca ağırlıklar ekleyin.
3. Ağırlıklar yerleştirildikten sonra, planörü dinlenmeden bırakın ve planörün hızını kaydedin. 5 çalıştırma gerçekleştirin ve ortalama değeri alın.
4. Denklem 2 kullanarak ivme için teorik değeri ve Denklem 3'den deneysel değeri hesaplayın. Örneğin, planörün kütlesi 200 g ve asılı ağırlıkların kütlesi 10 g ise, Denklem 2'den teorik ivme 'dir Ölçülen hız 0.95 m/s ise, Denklem 3 kullanılarak, ivme için deneysel değer
'dir.

2. Planörün kütlesinin arttırılması.

1. Planöre dört ağırlık ekleyin, bu da kütlesini iki katına çıkaracaktır.
2. Sistemi dinlenme durumundan çıkarın ve planörün hızını kaydedin. 5 çalıştırma gerçekleştirin ve ortalama değeri alın. Denklem 2'den ivme için teorik değeri ve Denklem 3'den deneysel değeri hesaplayın.

3. Planör üzerindeki kuvvetin arttırılması.

1. Toplam kütlesi 20 g olacak şekilde asılı ağırlığa daha fazla kütle ekleyin.
2. Sistemi dinlenme durumundan çıkarın ve planörün hızını kaydedin. 5 çalıştırma gerçekleştirin ve ortalama değeri alın.
3. Denklem 2'den ivme için teorik değeri ve Denklem 3'den deneysel değeri hesaplayın.
4. Toplam kütlesi 50 g olacak şekilde asılı ağırlığa daha fazla kütle ekleyin.
5. Sistemi dinlenme durumundan çıkarın ve planörün hızını kaydedin. 5 çalıştırma gerçekleştirin ve ortalama değeri alın.
6. Denklem 2'den ivme için teorik değeri ve Denklem 3'den deneysel değeri hesaplayın.

Newton'un ikinci yasası, kuvvet ve ivme arasındaki ilişkiyi tanımlar ve bu ilişki, fizik ve mühendisliğin birçok alanı için geçerli olan en temel kavramlardan biridir.

Fa eşittir ma, Newton'un ikinci yasasının matematiksel ifadesidir. Bu, daha büyük kütleli bir cismi hareket ettirmek için daha fazla kuvvet gerektiğini gösterir. Ayrıca, belirli bir kuvvet için ivmenin kütle ile ters orantılı olduğunu gösterir. Yani, aynı uygulanan kuvvetle daha küçük kütleler daha büyük kütlelerden daha fazla hızlanır

Burada, neredeyse sürtünmesiz bir hava yolu üzerindeki bir planöre farklı büyüklüklerde kuvvetler uygulayarak Newton'un ikinci yasasını doğrulayan bir deney göstereceğiz

Deneyin nasıl çalıştırılacağının ayrıntılarına girmeden önce, Veri analizine ve yorumlanmasına katkıda bulunan kavram ve yasaları inceleyelim.

Kurulum, bir hava yolu, bir planör, başlangıç noktasından bilinen bir d mesafesinde bir fotogate zamanlayıcısı, bir kasnak ve planörden kasnağın üzerinden geçen bir ipten oluşur.

Biri ipin diğer ucuna bir ağırlık takar ve serbest bırakırsa, ağırlık planöre bir kuvvet uygulayarak hızlanmasına neden olur. Bu kuvvet Newton'un ikinci yasası tarafından verilir. Aynı zamanda, ağırlık üzerindeki kuvvet, yerçekimi ivmesi eksi düşen ağırlığı planöre bağlayan ipteki gerilim kuvvetinden kaynaklanacaktır. Bu çekme kuvveti, ağırlığın kütlesi ile kanadonun ivmesinin çarpımıdır.

Planör üzerindeki kuvveti ağırlık üzerindeki kuvvetle eşitleyerek, planörün ivmesini teorik olarak hesaplamak için formül türetilebilir.

Planörün ivmesini hesaplamanın deneysel yolu, fotogate zamanlayıcısının yardımıyladır. Bu bize planörün başlangıç noktasından d mesafesini kat etmek için geçen süreyi verir. Bu bilgiyi kullanarak, planörün hızı hesaplanabilir ve daha sonra bu kinematik formülünün yardımıyla deneysel ivmenin büyüklüğü hesaplanabilir.

Artık prensipleri anladığımıza göre, bu deneyin bir fizik laboratuvarında gerçekten nasıl yapılacağını görelim

Daha önce de belirtildiği gibi, bu deney bir kasnak üzerinden bir ağırlığa geçen bir çizgi ile bağlanan bir planör kullanır. Planör, sürtünmeyi ihmal edilebilir seviyelere indirmek için bir hava yastığı oluşturan bir hava yolu boyunca kayar.

Ağırlık düştükçe, kasnak, üstünde 10 cm uzunluğunda bir bayrak bulunan planörü çekmek için hattaki gerilimi yeniden yönlendirir. Başlangıç noktasından bilinen bir mesafedeki bir fotokapı, bayrağın içinden geçmesi için geçen süreyi kaydeder

Planörün son hızı, bayrağın uzunluğunun fotokapıdan geçme süresine bölünmesiyle elde edilir. Planörün son hızı ve kat edilen mesafe ile ivmeyi hesaplamak mümkündür.

Fotogate zamanlayıcısını hava yolundaki 100 cm işaretine ve planörü 190 cm işaretine yerleştirerek deneyi ayarlayın. Planörün kütlesi 200 gramdır. Planörü hareket etmeyecek şekilde tutun ve ipin ucuna ağırlıklar ekleyin, böylece toplam asılı kütle de 10 gram olur

}Ağırlıklar yerine oturduğunda, planörü serbest bırakın, beş koşu için hızını kaydedin ve ortalamayı hesaplayın. Deneysel ve teorik ivmeleri hesaplamak için planörün kütlesini ve asılı ağırlığı kullanın, ardından sonuçları kaydedin.

Şimdi planöre dört ağırlık daha ekleyin ve kütlesini ikiye katlayarak 400 grama çıkarın. Deneyi tekrarlamak için planörü 190 cm işaretine yerleştirin. Planörü serbest bırakın ve beş koşu için hızını kaydedin. Yine, ortalama hızı ve deneysel ve teorik ivmeleri hesaplayın ve kaydedin.

Son test seti için, orijinal kütlesi 200 gramlık olacak şekilde planörden ağırlıkları çıkarın. Ardından, 20 gramlık yeni bir kütleye sahip olana kadar asılı kütleye ağırlıklar ekleyin. Denemeyi beş çalıştırma daha tekrarlayın.

Son olarak, asılı kütleye 50 gram olana kadar daha fazla ağırlık ekleyin ve deneyi beş kez daha tekrarlayın.

Hatırlayın, planörün teorik ivmesi, yerçekimi g'den kaynaklanan ivmenin, düşen ağırlığın kütlesi ile ağırlık ve planörün kütlesinin birlikte oranı ile çarpımına eşittir. Bu tablodaki teorik değerlerin gösterdiği gibi, planörün kütlesi arttıkça ivme azalır.

Tersine, daha büyük kuvvet nedeniyle düşen ağırlığın kütlesi arttıkça ivme artar. Bu denklem tarafından tahmin edilen ivmelerin, saniyede 9,8 metre kare olan maksimum g değerine sahip olabileceğini unutmayın.

Ardından, deneysel ivmenin nasıl hesaplanacağını görelim. Örneğin, ilk testte 200 gramlık bir planör ve 10 gramlık bir ağırlık kullanıldı. 100 santimetre seyahat ettikten sonra ortalama hız saniyede 0.93 metre idi. Daha önce tartışılan kinematik denklemi kullanarak, deneysel ivmenin saniyede 0.43 metre kare olduğu ortaya çıkıyor. Diğer testlere uygulanan aynı hesaplama, bu tabloda gösterilen sonuçları üretir.

Deneysel ve teorik ivmeler arasındaki farkların, ölçüm doğruluğundaki sınırlamalar, hava yolundaki çok küçük ancak tamamen ihmal edilemez sürtünme ve planörün altındaki hava cebi dahil olmak üzere çeşitli nedenleri olabilir, bu da ip boyunca gerilim kuvvetine katkıda bulunabilir veya ondan çıkarabilir.

Kuvvetler, evrendeki hemen hemen tüm olaylarda bulunur. Dünya'ya indirilen kuvvetler, günlük yaşamın tüm yönlerini etkiler.

Kafaya vurmak travmaya neden olabilir ve bilişsel işlevleri bozabilir. Sporla ilgili sarsıntılar üzerine yapılan bir araştırmada, çarpma sırasında ivmeyi ölçmek için üç eksenli ivmeölçerlerle donatılmış özel hokey kaskları kullanıldı.

Veriler telemetri ile dizüstü bilgisayarlara gönderildi ve bu bilgisayarlar daha sonra analiz edilmek üzere ölçümleri kaydetti. Başın ivmelerini ve kütlesini bilerek, beyin üzerindeki çarpma kuvvetlerini hesaplamak için Newton'un ikinci yasası olan F=ma'yı kullanmak mümkün oldu.

Yaya köprüleri inşa eden inşaat mühendisleri, ayak yükünün neden olduğu kuvvetin bu yapılar üzerindeki etkisini incelemekle ilgilenirler. Bu çalışmada, araştırmacılar yayaların neden olduğu titreşimleri ölçen bir yaya köprüsüne sensörler yerleştirdiler. Yapısal tepki daha sonra bu yapıların kararlılığını incelemek için önemli bir parametre olan dikey ivme cinsinden ölçüldü

JoVE'nin kuvvet ve ivmeye girişini az önce izlediniz. Artık Newton'un ikinci hareket yasasını doğrulayan laboratuvar deneyinin arkasındaki ilkeleri ve protokolü anlamalısınız. Her zaman olduğu gibi, izlediğiniz için teşekkürler!