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Kraft und Beschleunigung

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Newtons zweite Gesetz beschreibt den Zusammenhang zwischen Kraft und Beschleunigung, und diese Beziehung ist eines der grundlegendsten Konzepte, die auf vielen Gebieten der Physik und Technik anwenden.

F ist gleich Ma ist der mathematische Ausdruck des Newtons zweites Gesetz. Dies zeigt, dass mehr Kraft benötigt wird, um ein Objekt einer größeren Masse bewegen. Es zeigt auch, dass für eine gegebene Kraft Beschleunigung umgekehrt proportional zur ist Masse. Das heißt, mit der gleichen Kraft, die kleineren Massen mehr als größere Massen beschleunigen angewendet

Hier zeigen wir ein Experiment, das Newtons zweite Gesetz überprüft, indem ein Segelflugzeug auf einer Strecke von fast reibungsfreie Luft Kräfte der verschiedenen Größen zuweisen

Bevor Sie gehen in die Details wie das Experiment ausgeführt, lassen Sie uns untersuchen die Konzepte und Gesetze, die die Datenanalyse und Interpretation beitragen.

Die Einrichtung besteht aus einer Luft-Spur, ein Segelflugzeug, Photogate Timer auf einen bekannten Abstand d von der Ausgangspunkt, eine Riemenscheibe und eine Zeichenfolge ausgeführt vom Schirm über die Umlenkrolle.

Man legt eine Gewicht auf das andere Ende der Zeichenfolge und gibt sie frei, gilt das Gewicht eine Kraft auf den Schirm, wodurch es zu beschleunigen. Diese Kraft ist durch Newtons zweites Gesetz gegeben. Zur gleichen Zeit werden die Kraft auf das Gewicht aufgrund der Gravitationsbeschleunigung abzüglich die Zugkraft in der Zeichenfolge, die das Segelflugzeug das Fallgewicht herstellen. Diese Zugkraft ist die Masse des Gewichts Mal die Beschleunigung des Gleitschirms.

Durch die Gleichsetzung der Kraft auf den Schirm mit der Kraft auf das Gewicht, kann man die Formel zur Beschleunigung des Schirms theoretisch zu berechnen ableiten.

Die experimentelle lässt sich der Schirm Beschleunigung berechnen mit Hilfe des Timers Photogate. Dies gibt uns die Verarbeitungszeit des Gleitschirms Abstand d vom Startpunkt zu reisen. Mithilfe dieser Informationen kann man den Schirm Geschwindigkeit berechnen und dann mit Hilfe dieser Formel Kinematik einer kann berechnen das Ausmaß der experimentellen Beschleunigung.

Nun, da wir die Prinzipien zu verstehen, mal sehen, wie man eigentlich dieses Experiment in einem Physiklabor durchführen

Wie bereits erwähnt, verwendet dieses Experiment ein Segelflugzeug, verbunden durch eine Linie, die über eine Umlenkrolle zu einem Gewicht. Das Segelflugzeug gleitet einen Hauch zu verfolgen, wodurch entsteht ein Luftpolster um Reibung zu vernachlässigendes Niveau zu reduzieren.

Da das Gewicht fällt, leitet die Riemenscheibe die Spannung in der Linie zu den Schirm ziehen die eine 10 cm lange Fahne an der Spitze. Ein Photogate in einem bekannten Abstand vom Ausgangspunkt zeichnet die Höhe der Zeitaufwand für die Flagge durchlässt

Das Segelflugzeug Endgeschwindigkeit ist die Länge der Flagge geteilt durch die Zeit der Photogate durchlaufen. Mit den Schirm Endgeschwindigkeit und die zurückgelegte Strecke ist es möglich um Beschleunigung zu berechnen.

Richten Sie das Experiment durch die Platzierung des Photogate Timers an die 100 cm-Marke auf der Luft-Strecke und der Schirm an die 190 cm-Marke. Der Schirm hat eine Masse von 200 Gramm. Den Schirm zu halten, so dass es nicht bewegen und am Ende der Zeichenfolge Gewichte hinzufügen, also insgesamt hängen Masse auch 10 Gramm

Sobald die Gewichte vorhanden sind, lassen Sie den Schirm, zeichnen Sie seine Geschwindigkeit für fünf Läufe auf und berechnen Sie den Mittelwert. Verwenden Sie die Masse der Schirm und das hängende Gewicht zu berechnen, die experimentellen und theoretischen Beschleunigungen dann zeichnen Sie die Ergebnisse.

Jetzt fügen Sie vier weitere Gewichte das Segelflugzeug, verdoppelt seine Masse bis 400 Gramm hinzu. Ort der Schirm an die 190 cm-Marke, das Experiment zu wiederholen. Lassen Sie den Gleitschirm und zeichnen Sie seine Geschwindigkeit für fünf Läufe auf. Auch hier berechnen Sie und erfassen Sie die Durchschnittsgeschwindigkeit und die experimentellen und theoretischen Beschleunigungen.

Entfernen Sie für den letzten Satz von Tests die Gewichte vom Schirm, so es seiner ursprünglichen Masse von 200 Gramm hat. Fügen Sie dann Gewichte auf die hängende Masse, bis es eine neue Masse von 20 Gramm hat. Wiederholen Sie das Experiment für eine weitere fünf Läufe.

Zu guter Letzt die hängende Masse mehr Gewichte hinzu, bis 50 Gramm ist und wiederholen Sie das Experiment für fünf mehr läuft.

Zur Erinnerung: die theoretische Beschleunigung des Gleitschirms die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft g multipliziert mit dem Verhältnis von der Masse das Fallgewicht und die Masse des Gewichts und der Schirm zusammen entspricht. Die theoretischen Werte in dieser Tabelle Show abnimmt Beschleunigung als die Masse der Schirm steigt.

Im Gegensatz dazu erhöht die Beschleunigung als die Masse des fallenden Gewicht erhöht, aufgrund der größeren Kraft. Beachten Sie, dass die Beschleunigungen vorhergesagt durch diese Gleichung können einen maximalen Wert von g, die 9,8 Meter pro Sekunde im Quadrat ist.

Nächstes Mal sehen, wie die experimentelle Beschleunigung berechnen. Der erste Test z. B. ein 200-Gramm-Schirm und ein Gewicht von 10 Gramm. Die durchschnittliche Geschwindigkeit nach einer Reise von 100 Zentimeter war 0,93 Meter pro Sekunde. Mit Hilfe der Kinematik-Gleichung diskutiert, bevor, die experimentelle Beschleunigung kommt auf 0,43 Meter pro Sekunde Quadrat. Diese gleiche Berechnung angewendet für andere Tests, führt zu den Ergebnissen auf dieser Tabelle angezeigt.

Die Unterschiede zwischen experimentellen und theoretischen Beschleunigungen können mehrere Ursachen haben, einschließlich Einschränkungen in der Messgenauigkeit, die sehr klein, aber nicht völlig vernachlässigbar Reibung auf der Luft-Strecke und der Atemhöhle unter den Schirm, die hinzufügen oder entfernen aus der Kraft der Spannung entlang der Saite.

Kräfte sind in fast alle Phänomene des Universums. Kräfte auf die Erde gestürzt, Einfluss auf alle Aspekte des täglichen Lebens.

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Daten wurden per Telemetrie auf Laptop-Computern, die die Messungen für die spätere Analyse aufgezeichnet. Kenntnis der Beschleunigungen und die Masse des Kopfes, war es möglich, verwenden Sie Newtons zweite Gesetz, F = Ma, um die Auswirkungen auf das Gehirn zwingt zu berechnen.

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Sie sah nur Jupiters Einführung in Kraft und Beschleunigung. Sie sollten jetzt verstehen die Prinzipien und das Protokoll hinter der Laborexperiment, das zweite Gesetz des Newtons der Bewegung überprüft. Wie immer vielen Dank für das ansehen!

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