Laboratoorsed tööd (KMI 11) (0)

Tallinna Tehnikakõrgkool - Füüsika - Füüsika

5 VÄGA HEA

Tallinn 2019
Kim Vasserman
Kristjan Tikka
Villu Laanemets
LABORATOORSED tÖÖD
ARUANNE
Õppeaines: FÜÜSIKA I
Mehaanikateaduskond
Õpperühm: KMI 11
Juhendaja : lektor Peeter Otsnik
RASKUSKIIRENDUS .

Tööülesanne.
Maa raskuskiirenduse määramine.

Töövahendid.
Pendlid, sekundimõõtjad, mõõtelint.

Töö teoreetilised alused.
Tahket keha, mis on kinnitatud raskuskeskmest kõrgemal asuvast punktist ja võib raskusjõu mõjul vabalt võnkuda seda punkti läbiva telje ümber nimetatakse füüsikaliseks pendliks. Idealiseeritud süsteemi, kus masspunkt võngub lõpmatult venimatu ja kaaluta niidi otsas, nimetatakse matemaatiliseks pendliks.
Matemaatilise pendli vōnkeperiood T avaldub järgmiselt:
kus l - pendli pikkus, g - raskuskiirendus.
Valem kehtib ainult väikeste vonkeamplituudide korral,kui vonkumist voib lugeda harmooniliseks.Matemaatilise pendlina kasutame antud töös peenikese ja kerge niidi otsa kinnitatud kuulikest (joonis A).
Füüsikalise pendli (joonis B) võnkeperiood T on arvutatav valemiga:
kus I on pendli inertsmoment pöörlemistelje suhtes, a - masskeskme kaugus pöörlemisteljest, m- pendli mass.

Töökäik.
Raskuskiirenduse määramine matemaatilise pendli abil.

Mõõtsime pendli õla pikkuse;

Panime pendli võnkuma väikese amplituudiga. Veendusime,et pendel võngub ilma
keerdvõnkumisteta. Määrasime etteantud n täisvõngete kestvuse aja t;
Täisvõngete arvuks võtsin 15;

Mõõtmised teostasime6 erineva pendliga;

Tulemused kandsime tabelisse;
Katse nr.
l (m)
n
t (s)
T (s)
T² (s²)
(m/s²)
- (m/s²)
1
0,737
15
26,00
1,73
3,00
9,70
0,01
2
0,548
15
22,47
1,50
2,24
9,66
0,05
3
0,801
15
26,97
1,80
3,23
9,79
- 0,08
4
0,720
15
25,53
1,70
2,90
9,80
- 0,09
5
0,436
15
20,03
1,34
1,78
9,66
0,05
6
0,666
15
24,69
1,65
2,71
9,65
0,06
= 9,71
= 0,06

Arvutasime keskmise väärtuse ja keskmise absoluutse vea ;
= 9,71m/s²
= 0,06m/s²

Hindasime saadud tulemuste kvaliteeti;
Kvaliteeti saame määrata antud valemiga:
Lubatud vea protsent:
Oma andmetega saame:
Esinesid väheolulised juhuslikud vead.
Esines suur süsteemiline viga, sest tegelik maa raskuskiirendus on 9,81 m/s2.
Mõõtetulemuste kvaliteet on hea, sest hälve on alla ühe protsendi.
KORRAPÄRASE KUJUGA KATSEKEHA TIHEDUSE MÄÄRAMINE.

Tööülesanne.
Tutvumine elektroonilise kaaluga. Katsekeha mõõtmete mõõtmine nihiku abil. Katsekeha ruumala ja tiheduse arvutamine.

Töövahendid.
Elektrooniline kaal, nihik , mõõdetavad esemed.

Töö teoreetilised alused.
Nihikuga mōōtmist vaata ja korda üldmõõtmiste töö järgi. Tutvumine tehniliste kaaludega. Tehnilised kaalud on määratud hinnaliste materjalide vōi analüüsiks määratud materjalide kaalumiseks . Oma konstruktsioonilt on nad vōrdōlgsed kangkaalud. Kaalumisel tuleb silmaspidada, et koormisi vōime lisada vōi ära vōtta vaid arreteeritud kaaludel. Arreteerimine toimub kaalude keskel asuvast vastavast kruvist. Võime ka kasutada elektromehaanilisi vōi elektroonseid kaalusid,mille täpsused on kōrged.
Katsekeha tiheduse saame arvutada valemi D= abil, kus

D - katsekeha materjali tihedus;
m - katsekeha mass;
V - katsekeha ruumala;

Torukujulise katsekeha ruumala arvutame kui välisdiameetriga silindri ja sisediameetriga tühimikusilindri ruumala vahe.

Töökäik.

Kaalume uuritavad katsekehad tehnilistel kaaludel või elektroonsel kaalul ;

Mõõdame kehade metalliosa ruumala arvutamiseks vajalikud mõõtmed;

Arvutame katsekeha tiheduse eeltoodud valemi järgi;

Teeme uuritava katsekeha eskiisjoonise;

Vordleme leitud tihedused antud katsekeha materjalile kirjanduses tooduga;

Alumiinium - 2,7 · 103 kg/m³
Messing - 8,5 · 103 kg/m³
Vask - 8,9 · 103 kg/m³
Teras - 7,9 · 103 kg/m³

Kasutatud valemid koos füüsikaliste suuruste lahtikirjutamisega:

Tiheduse valem:

D =
, kus D – katsekeha materjali tihedus, m – katsekeha mass, V – ruumala;

Silinder :

Sp = 2 , kus Sp – põhjapindala, pii, r2 – raadius ruudus;
V = Sp · h , kus V – ruumala, Sp – pindalade vahe, h – kõrgus;

Kera:

V = 3 , kus V – ruumala, r3 – raadius kuubis ;

Nelinurk:

V = a · b · h , kus a – külg, b – külg, h – kõrgus.
Katsekeha #1
Eskiisjoonis
Mõõdud
d1 (mm)
d2 (mm)
h (mm)
V (mm3)
m (g)
D ()
Tulemused
56,14
12,4
6
14127,48
39,2
2,7·103
Sp =
· (56,14 / 2)2 - · (12,4 / 2)2 = 2354,58 (mm2)
V = 2354,58 · 6 = 14127,48 (mm3)
D= 39,2 · 10-3 / 14,1·10-6 = 2,7 · 103 (kg/m³)
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud alumiiniumist.
Katsekeha #2
Eskiisjoonis
Mõõdud
d1 (mm)
d2 (mm)
h (mm)
V (mm3)
m (g)
D ()
Tulemused
25,44
39,36
7,9
7968,69
62,8
7,88 · 103
V = 25,44 · 39,65 · 7,90 = 7968,65 (mm3)
D = 62,8 · 10-3 / 7,969 · 10-6 = 7881 = 7,88 · 103 (kg/m³)
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud terasest .
Katsekeha #3
Eskiisjoonis
Mõõdud
d1 (mm)
d2 (mm)
h (mm)
V (mm3)
m (g)
D ()
Tulemused
23,80
14,27
26,78
7630,88
63,9
8,374 · 103
Sp =
· (23,8 / 2)2 -
· (14,27 / 2)2 = 284,94 (mm2)
V = 284,94 · 26,78 = 7630,88 (mm3)
D = 63,9 · 10-3 / 7,63 · 10-6 = 8,374 · 103 (kg/m³)
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud messingust.
Katsekeha #4
Eskiisjoonis
Mõõdud
d1 (mm)
d2 (mm)
h (mm)
V (mm3)
m (g)
D ()
Tulemused
15,81
54,28
10655,98
95,7
8,98 · 103
Sp =
· (15,81 / 2)2 = 196,32 (mm2)
V = 196,32 · 54,28 = 10655,98 (mm3)
D = 95,7 · 10-3 / 10,65 · 10-6 = 8986 = 8,98 · 103 (kg/m³)
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud vasest .
Katsekeha #5
Eskiisjoonis
Mõõdud
d1 (mm)
d2 (mm)
h (mm)
V (mm3)
m (g)
D ()
Tulemused
21,69
29,95
11060,78
30,4
2,76 · 103
Sp =
· (21,69 / 2)2 = 369,31 (mm2)
V = 269,31 · 29,95 = 11060,78 (mm3)
D = 30,4 · 10-3 / 11 · 10-6 = 2763 = 2,76 · 103 (kg/m³)
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud alumiiniumist.
Katsekeha #6
Eskiisjoonis
Mõõdud
d1 (mm)
d2 (mm)
h (mm)
V (mm3)
m (g)
D ()
Tulemused
24,57
7766,98
60,8
7,83 · 103
V = 4/3 ·
· (24,57 / 2)3 = 7766,98 (mm3)
D = 60,8 · 10-3 / 7,767 · 10-6 = 7828 = 7,83 · 103 (kg/m³)
Järeldus: antud katsekeha on valmistatud terasest.
HELI KIIRUS.

Tööülesanne.
Heli lainepikkuse ja kiiruse määramine õhus.

Töövahendid.
Heligeneraator, valjuhääldi, mikrofon, ostsilloskoop

Töö teoreetilised alused.
Lainete levimisel keskonnas levimise kiirus võrdub:
v = λ
kus v on lainete levimise kiirus, λ - lainepikkus, f - sagedus.
Teooria annab heli kiiruse jaoks gaasilises keskkonnas valemi
v =
kus
on gaasi isobaarilise ja isokoorilise moolsoojuste suhe,
R - universaalne gaasikonstant (R = 8,31 J/kmol);
T - absoluutne temperatuur (K);
μ - moolmass (Õhu jaoks μ = 29 · 10-3 kg/mol).
Seega kui heli kiirus antud gaasis on määratud,vōib χ arvutada valemi järgi
χ =
Leidnud heli kiiruse v temperatuuril T, saab arvutada heli kiiruse mingil teisel temperatuuril,
näiteks 0° C juures.
kus t on gaasi temperatuur °C.
Faasinihke meetod hääle lainepikkuse määramiseks.
Heligeneraatori G väljundklemmidelt saadav helisageduslik siinussignaal muundatakse valjuhääldi VH abil helivõnkumisteks. Kaugusel l VH-st asub mikrofon M, mis muudab heli võnkumised uuesti elektrilisteks võnkumisteks. Need elektrilised võnkumised antakse edasi ostsilloskoobi Y sisendile . Ostsilloskoobi x sisend on ühendatud heligeneraatori väljundiga. Y-teljele antav pinge sunnib elektronkiirt võnkuma vertikaal sihis. X-teljele rakendatud pinge – horisontaalsihis. Seega liigub kiir ekraanil mööda trajektoori, mis vastab sama sagedusega ristsihiliste võnkumiste liitumisele.
Kuna kiirt juhivad korraga mõlemale teljele rakendatud siinuseliselt muutuv pinge, siis saadakse vastavalt võnkumiste teooriale kiire trajektoori võrrandiks ellipsi võrrand. Kui aga kahe risti oleva siinuse kujulise signaali liitmine toimub punktis, kus siinus läbib nulli, siis saame kiire trajektoori võrrandiks sirgjoone võrrandi ja näeme ostsilloskoobi ekraanil sirgjoont mingi kaldega.
Siit tuleb ka meie poolt kasutatav meetod lainepikkuse määramiseks. Selleks leitakse mikrofoni ja valjuhääldi selline vastastikune asend, kus ellips muutub sirgjooneks. Jälgides ostsilloskoobi ekraani nihutatakse mikrofoni valjuhääldi suhtes seni, kuni saadakse ekraanil uus sirgjoone kujutis. Teostatud nihke suurus võrdub poole lainepikkusega.

Töökäik.

Lülitasime sisse ostsilloskoopi;

Lülitasime sisse heligeneraatori ja reguleerisime selle juhendaja poolt antud sagedusele f;

Leidsime minimaalse kauguse l0 mikrofoni ja VH vahel nii, et ellips ostsilloskoobi ekraanil muutus sirgeks ;

Leidsime kuus järgmist mikrofoni ja VH vahelist kaugust ln, kus ellips samuti muutus sirglõiguks.
Katse nr.
1.
4654
1,6
5,0
3,4
7,4 m = 0,074 cm
2.
5,0
8,6
3,6
3.
8,6
12,4
3,8
4.
12,4
16,1
3,7
5.
16,1
19,8
3,7
6.
19,8
23,6
3,8
Keskmine:
3.66 cm
Temperatuur katse ajal oli 24,4 ºC = 297,4 K

Leidsime heli kiiruse v (m/s).
v = λ
v = 0,074 ∙ 4645 = 345 (m/s)

Leidsime heli kiiruse 0˚C juures.
= 345 / (1 + 0,002 ∙ 24,4) = 329 (m/s)

Leidsime õhu moolsoojuste suhte.
= (29 ∙ 10-3 ∙ 3452) / (8,31 ∙ 297,4) = 1,40

Järeldus.
Käsiraamatud annavad helikiiruseks 0 °C juures 330 m/s ja õhu moolsoojuste suhteks 1,40.
Siis arvutatud
ja
langesid kokku käsiraamatutes antudega.

.DOCX Laadi alla originaalfail 10 lk · .docx · 24 allalaadimist