Fysik 2/Logbog uge 50

Fra Meinertz Wiki

Nuværende version fra 7. dec 2009, 13:58

Gruppemedlemmer:

• Rasmus Malthe Jørgensen
• Anne Hedegaard
• Jonas Meinertz Hansen

Dette er faldhjulet:

Den ene ende af snoren fastgøres ved ventilhullet, og resten af snoren føres langs følgen.

Spørgsmål og besvarelser

1. Hvilken af de 3 bander forventer I hjulet vil følge når i giver slip?

Vore inituition fortæller os at hjulet vil følge bane c på tegningen, men vi kan ikke bestemme hvordan det skulle kunne lade sig gøre, og på baggrund af vores fornuft gætter vi på at hjulets centrum vil følge bane b.

2. Efterprøv jeres forventning eksperimentelt. Udtænk selv en opsætning og afprøv og diskutér fordele og ulemper. Tag afsæt i de effekter der er på listen ovenfor.

Vi observerer b. I visse situationer ville det være fordelagtigt at have et mindre hjul (end et cykelhjul), eller måske en lavere tyngdeacceleration for at sinke forsøget, og derved give ekstra tid til at foretage observationer under forsøget.

Via avanceret slowmotion teknologi er det lykkedes os at bekræfte at b er den korrekte faldbane.

3. Diskutér hvilke ydre krøfter, der påvirker hjulet under faldet.

Vi kan identificere snorkraften og tyngdekraften.

4. Hvordan er 1. og 3. relateret?

3. bekræfter yderligere vores påstand om at faldhjulet følger bane b. da begge de ydre kræfter som vi har identificeret opererer parallelt med y-aksen, og der derfor ikke er nogen kræfter der kan give hjulet nogen bevægelse i x- eller z-retning.

5. Forventer I at snorkraften afhænger af tiden under faldet?

Vi forventer ikke ummiddelbart at snorkraften afhænger af tiden under faldet.

6. Efterprøv jeres forventning eksperimentelt.

Vi satte et Newton-meter for enden af snoren for at måle snorekraften, og fandt at snorekraften er konstant.

7. Hvorledes afhænger kraftmomentet omkring det punkt, hvor snoren rører fælgen, af tiden?

Hvis vi har besvaret de to foregående spørgsmål korrekt, så vil kraftmomentet være konstant fordi både snorekraten og tyngdekraften (de to eneste eksterne kræfter) er konstante.

8. Nu skal vi have fat i sammenhængen mellem kraftmoment og vinkelacceleration: Ligesom en ydre kraft fører til en acceleration af en masse, vil et ydre kraftmoment resultere i en vinkelacceleration. - Diskuter tidsafhængigheden af cykelhjulets vinkelacceleration.

Et konstant kraftmoment vil give konstant vinkelacceleration, da de to størrelser er direkte proportionale. Dermed er vinkelaccelerationen også tidsuafhængig hvis vi stadig er enige om at snorkraften er konstant.

9. Hvad er sammenhængen mellem længden af den afrullede del af snoren og vinklen \theta?

<math>s=r*\theta</math>

Hjælpeeksperiment: Fastgør enden af snoren på gulvet ved endevæggen og lad hjulet trulle imod den anden ende af lokalet. Når hjulet har nået den anden ende har det samtidig roteret en vinkel \theta.

Vi er metet sikre på at vi har styr på det uden at udføre hjælpeeksperimentet.

10. Afhænger navets acceleration af tiden?

Nej, navets acceleration er proportional med hjulets vinkelacceleration, og dermed konstant.

11. Er acclerationen større eller mindre end tyngdeacclerationen? Det må også lige afprøves eksperimentelt.

Accelerationen er mindre end tyngdeaccelerationen, da snorkraften hiver hjulet i den modsatte retning af tyngdekraften.en del af den oprindelige potentielle energi som hjulet har i udgangspositionen, går i faldet til rotation af hjulet, frem for udelukkende translativ/lineær kinetisk energi, som det ville være tilfældet i et frit fald.

Afprøvet eksperimentelt ved et "kapløb" mellem hjulet som er sat fast til loftet og en trækugle. Det var tydeligt at kuglen accelererede hurtigere end hjulet.

12. Diskuter igen snorkraftens tidsafhængighed

Vi mener stadig ikke, at snorekraften er tidsafhængig. I tilfælde af, at vi i eksperimentet kunne indregne luftmodstand, så forventer vi at man med tiden ville kunne måle en sænkelse af snorekraften.

13. Overvej hvorledes cykelhjulets impulsmoment omkring navet afhænger af tiden. Hvilken vej peget dette impulsmoment og hvad betyder det for stabiliteten af bevægelsen?

impulsmomentet "L" er givet ved L=r kryds m*v impulsmomentet stiger lineært med tiden fordi "v" gør det. ifølge vektorernes krydsprodukt peger L ud af papiret - når hjulet drejer i positiv omløbsretning som set på tegningen i forsøgsbeskrivelsen. Fordi L peger langs hjulets rotationsakse stabiliserer dette aksens bevægelse. L har altså ikke tendens til at ændre rotationsaksens bevægelse i x-y planet - ligesom det er tilfældet ved et gyroskop!