כוח ותאוצה

A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
Force and Acceleration

78,151 Views

08:00 min
April 30, 2023

Overview

מקור: ניקולס טימונס, אסנטה קוריי, PhD, המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, בית הספר למדעי הפיזיקה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה

מטרת הניסוי הזה היא להבין את מרכיבי הכוח ואת יחסם לתנועה באמצעות השימוש בחוק השני של ניוטון על ידי מדידת האצת דאון הפועל על ידי כוח.

כמעט כל היבט של תנועה בחיי היומיום ניתן לתאר באמצעות שלושת חוקי התנועה של אייזק ניוטון. הם מתארים כיצד אובייקטים בתנועה נוטים להישאר בתנועה (החוק הראשון), אובייקטים יואצו כאשר יפעלו על ידי כוח נטו (החוק השני), וכל כוח המופעל על ידי אובייקט יהיה כוח שווה והפוך המופעל בחזרה על אובייקט זה (החוק השלישי). כמעט כל המכניקה של התיכון והתואר הראשון מבוססת על מושגים פשוטים אלה.

Principles

Procedure

1. התקנה ראשונית. למסלול האווירי תהיה גלגלת המחוברת לקצה אחד. לקשור את החוט לקצה אחד של הדאון ולהפעיל אותו דרך גלגלת, שם הוא יהיה מחובר למשקל התלוי. מניחים את הדאון בסימן 190 ס”מ על המסילה האווירית. מקם את שעון הצילום בסימן 100 ס”מ. לדאון עצמו יש מסה של 200 גרם. להחזיק את הדאון, כך שהוא לא זז ולהוסיף משקולות לקצה התלייה, כך המסה הכוללת של המשקל שווה ל 10 גרם. לאחר המשקולות הם במקום, לשחרר את הדאון מן המנוחה ולתעד את המהירות של דאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי להאצה באמצעות משוואה 2 והערך הניסיוני ממשוואה 3. לדוגמה, אם לדאון יש מסה של 200 גרם ולמשקלים התלויים יש מסה של 10 גרם, אז התאוצה התיאורטית, ממשוואה 2, היא אם המהירות הנמדדת היא 0.95 מ’/ש’, אז, באמצעות משוואה 3, הערך הניסיוני להאצה הוא 2. הגדלת המסה של הדאון. הוסף ארבעה מהמשקולות לדאון, אשר יכפיל את המסה שלו. שחררו את המערכת ממנוחה ורשמו את מהירות הדאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי עבור האצה, ממשוואה 2ואת הערך הניסיוני, ממשוואה 3. 3. הגדלת הכוח על הדאון. הוסף מסה נוספת למשקל התלייה, כך שיש לו מסה כוללת של 20 גרם. שחררו את המערכת ממנוחה ורשמו את מהירות הדאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי עבור האצה, ממשוואה 2ואת הערך הניסיוני, ממשוואה 3. הוסף מסה נוספת למשקל התלייה, כך שיש לו מסה כוללת של 50 גרם. שחררו את המערכת ממנוחה ורשמו את מהירות הדאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי עבור האצה, ממשוואה 2ואת הערך הניסיוני, ממשוואה 3.

Results

<img alt="Equation 17" src="/files/ftp_upload/10346/10346eq17.jpg…

Applications and Summary

החוק השני של ניוטון קשור ביסודו לתנועה שאנשים חווים כל יום. ללא כל כוח, אובייקט לא יואץ ויישאר במנוחה או ימשיך לנוע בקצב קבוע. לכן, אם מישהו רוצה להזיז משהו, כגון בעת להכות בייסבול במרחק מסוים, כוח מספיק חייב להיות מופעל. ניתן לחשב את הכוח באמצעות משוואה פשוטה כמו <img alt="Equation 21" src="/files/f…

Transcript

1. התקנה ראשונית. למסלול האווירי תהיה גלגלת המחוברת לקצה אחד. לקשור את החוט לקצה אחד של הדאון ולהפעיל אותו דרך גלגלת, שם הוא יהיה מחובר למשקל התלוי. מניחים את הדאון בסימן 190 ס”מ על המסילה האווירית. מקם את שעון הצילום בסימן 100 ס”מ. לדאון עצמו יש מסה של 200 גרם. להחזיק את הדאון, כך שהוא לא זז ולהוסיף משקולות לקצה התלייה, כך המסה הכוללת של המשקל שווה ל 10 גרם. לאחר המשקולות הם במקום, לשחרר את הדאון מן המנוחה ולתעד את המהירות של דאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי להאצה באמצעות משוואה 2 והערך הניסיוני ממשוואה 3. לדוגמה, אם לדאון יש מסה של 200 גרם ולמשקלים התלויים יש מסה של 10 גרם, אז התאוצה התיאורטית, ממשוואה 2, היא אם המהירות הנמדדת היא 0.95 מ’/ש’, אז, באמצעות משוואה 3, הערך הניסיוני להאצה הוא 2. הגדלת המסה של הדאון. הוסף ארבעה מהמשקולות לדאון, אשר יכפיל את המסה שלו. שחררו את המערכת ממנוחה ורשמו את מהירות הדאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי עבור האצה, ממשוואה 2ואת הערך הניסיוני, ממשוואה 3. 3. הגדלת הכוח על הדאון. הוסף מסה נוספת למשקל התלייה, כך שיש לו מסה כוללת של 20 גרם. שחררו את המערכת ממנוחה ורשמו את מהירות הדאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי עבור האצה, ממשוואה 2ואת הערך הניסיוני, ממשוואה 3. הוסף מסה נוספת למשקל התלייה, כך שיש לו מסה כוללת של 50 גרם. שחררו את המערכת ממנוחה ורשמו את מהירות הדאון. בצע 5 ריצות וקח את הערך הממוצע. חשב את הערך התיאורטי עבור האצה, ממשוואה 2ואת הערך הניסיוני, ממשוואה 3.