Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής"

Νῶε Βαμβακάς
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Εργαστηριακό Κέντρο Φυσικών Επιστηµών Αγίων Αναργύρων Υπεύθυνος: Ευάγγελος Κουντούρης, Φυσικός Εργαστηριακές Ασκήσεις Φυσικής Γ Λυκείου: Μελέτη απλής αρµονικής ταλάντωσης µε το σύστηµα συγχρονικής λήψης και απεικόνισης Επιµέλεια-Παρουσίαση: Θεοχαρόπουλος Ιωάννης Φυσικός, Συνεργάτης ΕΚΦΕ Αγ. Αναργύρων Στόχοι 1. Συγχρονική λήψη και απεικόνιση δεδοµένων αποµάκρυνσης και δύναµης στην απλή αρµονική ταλάντωση 2. Επεξεργασία του πειραµατικού διαγράµµατος y(t) για την µέτρηση της περιόδου T και του πλάτους της ταλάντωσης 3. Επεξεργασία του συνδυασµού των πειραµατικών διαγραµµάτων y(t) και F(t) για την επαλήθευση της γραµµικότητας της σχέσης και τον υπολογισµό της σταθεράς επαναφοράς Απαραίτητοι αισθητήρες ΑΙΣΘΗΤΗΡΑΣ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ Αρχή Λειτουργίας ΧΡΗΣΗ ύναµης ιαθέτει δυο περιοχές Αλλαγή της ειδικής Απλή αρµονική λειτουργίας µε αντίστασης του υλικού µε την ταλάντωση διακριτική ικανότητα 2g αλλαγή της διάστασής του. Η Τριβή Συνιστώµενη συχνότητα δύναµη προκαλεί κάµψη Κρούση µετρήσεις το δευτερόλεπτο ελάσµατος και αλλαγή των Ως δυναµόµετρο ηλεκτρικών του ιδιοτήτων. Μέτρησης απόστασης Εύρος µετρήσεων: 0,4-5m, ιακριτική ικανότητα 4,9mm, σφάλµα 1% Συνιστώµενη συχνότητα µετρήσεις το δευτερόλεπτο Αποστολή και λήψη παλµών υπερήχων f=40khz. Η απόσταση υπολογίζεται από τη χρονική διαφορά µεταξύ της αποστολής του παλµού και της λήψης της ηχούς. ΜΕΡΟΣ 1: ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗΣ ΙΑΤΑΞΗΣ 1 Απλή αρµονική ταλάντωση Μελέτη ευθύγραµµης κίνησης Πραγµατοποιούµε τη διάταξη του σχήµατος 1 φροντίζοντας τις αποστάσεις ώστε να είναι σε θέση να δώσει αξιόπιστες µετρήσεις ο αισθητήρας απόστασης. Φροντίζουµε επίσης ο αισθητήρας απόστασης να είναι στην ίδια νοητή ευθεία µε τη το ελατήριο. Στην άσκηση χρησιµοποιούµε τρεις µάζες των 50 gr και ένα µαλακό ελατήριο µε D της τάξης των 5Ν/m. Η οριζόντια απόσταση µπορεί ανάλογα µε την περίπτωση να είναι και µικρότερη από 20cm. Είναι σηµαντικό να είναι όσο το δυνατό µικρότερη ώστε να µην θέτουµε τη ράβδο σε ταλάντωση.

2 Αισθητήρας ύναµης 2 Καταγραφέας 20-30cm Σχήµα cm Αισθητήρας Απόστασης ΜΕΡΟΣ 2: ΠΡΟΕΤΟΙΜΑΣΙΑ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΣΥΓΧΡΟΝΙΚΗΣ ΛΗΨΗΣ ΚΑΙ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗΣ 1 Ανοίγουµε το MultiLog πατώντας [ΟΝ] εν θα πρέπει να είναι συνδεδεµένος κανένας αισθητήρας όταν ανοίγουµε τον καταγραφέα. Στην αντίθετη περίπτωση ο καταγραφέας δεν θα αναγνωρίσει τον αισθητήρα και θα οδηγηθούµε σε αποτυχία 2 Αναµένουµε να ολοκληρωθεί ο αυτοέλεγχος. Κατά τη διάρκεια του αυτοελέγχου ελέγχονται : A/D (ψηφιακός µετατροπέας), COMM (επικοινωνία), RAM(µνήµη), BAT (Μπαταρία) 3 εν πατάµε κανένα πλήκτρο όσο διαρκεί ο αυτοέλεγχος Όταν ολοκληρωθεί επιτυχώς ο αυτοέλεγχος στην οθόνη διαβάζουµε [MultiLog v 6.1 Ready ] 4 Συνδέουµε στις θύρες 1 και 2 του MultiLog τους αισθητήρες απόστασης και δύναµης Ρυθµίζουµε τον αισθητήρα δύναµης στη θέση ± 10 5 Στην οθόνη του καταγραφέα διαβάζουµε [2 Active I/O]= 2 ενεργές θύρες. 6 Τρέχουµε το πρόγραµµα DBLab 7 Στο πρόγραµµα DB-lab επιλέγουµε ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΑΣ- >Πίνακας ελέγχου 8 Στην οθόνη του Η/Υ επιβεβαιώνουµε την αποδοχή και αναγνώριση των αισθητήρων 9 Επιλέγουµε ΣΗΜΕΙΑ:500, ΡΥΘΜΟΣ 25/sec Αν επιθυµούµε ρυθµίζουµε τον αισθητήρα δύναµης ώστε τα διαγράµµατα δύναµης και απόστασης να είναι

3 συµφασικά (Προαιρετικό 3 ΚΑΤΑΓΡΑΦΕΑΣ-> καθορισµός νέων αισθητήρων- >FORCE_10 Αντιστρέφουµε στις τιµές Τιµή 1 και Τιµή 2 τα Volt όπως δείχνει το σχήµα ΜΕΡΟΣ 3: ΛΗΨΗ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ Στο ελατήριο αναρτούµε τρείς µάζες των 50gr Με το ελατήριο απόλυτα ακινητοποιηµένο πατάµε ΛΗΨΗ Ε ΟΜΕΝΩΝ Παίρνουµε το διάγραµµα του σχήµατος το οποίο και µας δείχνει την απόσταση του καταγραφέα από τη µάζα όπως επίσης και ο βάρος του συστήµατος ελατηρίου - µάζας Προκαλούµε κατακόρυφη ταλάντωση µε αποµάκρυνση της µάζας κατά 10 περίπου εκατοστά

4 3 Πατάµε ΛΗΨΗ Ε ΟΜΕΝΩΝ και παίρνουµε το διάγραµµα του σχήµατος. Στο σχήµα εµφανίζονται ταυτόχρονα και στο ίδιο διάγραµµα τα δεδοµένα δύναµης και απόστασης. Κάθε σειρά δεδοµένων έχει διαφορετικό χρώµα και διαφορετική κλίµακα Αν το διάγραµµα είναι ικανοποιητικό τότε το αποθηκεύουµε ΑΡΧΕΙΟ-> Αποθήκευση ως.. στην αντίθετη περίπτωση επαναλαµβάνουµε τη διαδικασία Αν πάρουµε το διπλανό διάγραµµα, αυτό σηµαίνει ότι ο αισθητήρας απόστασης δεν είναι σωστά τοποθετηµένος. (παρατηρούµε αποκοπή στο διάγραµµα της απόστασης ) ΜΕΡΟΣ 3: ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΤΩΝ Ε ΟΜΕΝΩΝ H επεξεργασία των δεδοµένων µπορεί να γίνει και OFF-Line σε οποιοδήποτε Η/Υ χωρίς την παρουσία του καταγραφέα. Για να κάνουµε OFF-LINE επεξεργασία θα πρέπει στην πρώτη οθόνη που εµφανίζεται όταν τρέχουµε το DBLab να επιλέξουµε το κουµπί ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ offline. Στην περίπτωση αυτή τα δεδοµένα θα τα φορτώσουµε από αρχεία.smp

5 5 ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ 1 Κλείνουµε τον πίνακα ελέγχου στο DB-Lab 2 3 Κάνουµε κλικ πάνω στο διάγραµµα όπου εµφανίζονται ταυτόχρονα η δύναµη και η απόσταση για να το επιλέξουµε Επιλέγουµε ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ->ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ Οπότε εµφανίζεται το παράθυρο διαλόγου του σχήµατος όπου επιλέγουµε το διάστηµα και πατάµε ΟΚ 4 Επιλέγουµε ΑΡΧΕΙΟ->ΝΕΟ Οπότε εµφανίζεται το παράθυρο διαλόγου του σχήµατος όπου επιλέγουµε το διάστηµα και πατάµε ΟΚ 5 Στο νέο αυτό παράθυρο κάνουµε επικόλληση των δεδοµένων του διαστήµατος ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ->ΕΠΙΚΟΛΛΗΣΗ Οπότε παίρνουµε το διάγραµµα µε τα δεδοµένα απόστασης

6 ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΑΠΟΣΤΑΣΗΣ 6 1 Επιλέγουµε ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ και παίρνουµε το διάγραµµα εξοµαλυµένο 4 Αν θέλουµε το διάγραµµα να έχει αρχή το 0 θα πρέπει να αφαιρέσουµε την απόσταση του καταγραφέα από τη µάζα, στη θέση ισορροπίας (0.771m). 5 ΑΝΑΛΥΣΗ->ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ->ΓΡΑΜΜΙΚΗ- > Επιλέγουµε: 6 C2= C1=1.000 Παίρνουµε τη γραφική παράσταση του σχήµατος.

7 7 Αν θέλουµε µεγέθυνση επιλέγουµε τα σηµεία που καθορίζουν το εύρος µεγέθυνσης 7 8 Επιλέγουµε ΠΡΟΒΟΛΗ->ΜΕΓΕΘΥΝΣΗ και παίρνουµε την τελική µορφή του διαγράµµατος. 9 Αν επιθυµούµε να επανέλθουµε στο αρχικό πατάµε επιλέγουµε επανειληµµένα ΠΡΟΒΟΛΗ ΣΜΙΚΡΥΝΣΗ και επανερχόµαστε στο αρχικό

8 ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΥΝΑΜΗΣ Κάνουµε κλικ πάνω στο διάγραµµα όπου εµφανίζονται ταυτόχρονα η δύναµη και η απόσταση για να το επιλέξουµε Επιλέγουµε ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ- >ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ Οπότε εµφανίζεται το παράθυρο διαλόγου του σχήµατος όπου επιλέγουµε το διάστηµα και πατάµε ΟΚ ηµιουργούµε ένα κενό παράθυρο για να επικολλήσουµε τα δεδοµένα ΑΡΧΕΙΟ->ΝΕΟ->ΟΝΟΜΑ->ΟΚ 5 Στο νέο αυτό παράθυρο κάνουµε επικόλληση των δεδοµένων του διαστήµατος ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ->ΕΠΙΚΟΛΛΗΣΗ Οπότε παίρνουµε το διάγραµµα µε τα δεδοµένα απόστασης

9 9 1 ΜΟΡΦΟΠΟΙΗΣΗ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΟΣ ΥΝΑΜΗΣ Επιλέγουµε ΑΝΑΛΥΣΗ ΜΕΣΟΣ ΟΡΟΣ και παίρνουµε το διάγραµµα εξοµαλυµένο 2 Αν θέλουµε το διάγραµµα να έχει αρχή το 0 θα πρέπει να αφαιρέσουµε το βάρος του συστήµατος µάζα-ελατήριο, 1.545N. 3 ΑΝΑΛΥΣΗ->ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ- >ΓΡΑΜΜΙΚΗ-> Επιλέγουµε: C2= C1= Παίρνουµε τη γραφική παράσταση του σχήµατος.

10 10 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ ΑΠΟ ΤΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΗΣ 1 Επιλέγουµε δυο κορυφές όπως δείχνει το σχήµα και διαβάζουµε τιµές περιόδου και συχνότητας T=1.12s f=0.89hz ΜΕΤΡΗΣΗ ΠΛΑΤΟΥΣ ΑΠΟ ΤΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΗΣ 1 Επιλέγουµε κατάλληλα σηµεία στο γράφηµα της απόστασης 2 ιαβάζουµε την ένδειξη dy=0,147m 4 Το πλάτος είναι 0,147/2=0,735m

11 11 ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΣ ΣΤΑΘΕΡΑΣ ΕΠΑΝΑΦΟΡΑΣ ΑΠΟ ΤΑ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΥΝΑΜΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΜΑΚΡΥΝΣΗΣ Επιλέγουµε το διάγραµµα Γραµµική(Μέσος Ορος(Force)) και το αντιγράφουµε ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ Το επικολλάµε πάνω στο διάγραµµα Γραµµική(Μέσος Όρος( ιάστηµα)) ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΕΠΙΚΟΛΗΣΗ Παίρνουµε το διάγραµµα του σχήµατος 2 Επιλέγουµε ΠΡΟΒΟΛΗ- ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ Υ(Χ) ΕΠΙΛΕΞΑΤΕ Χ και επιλέγουµε το διάστηµα

12 3 Παίρνουµε το διάγραµµα ύναµης - Αποµάκρυνσης 12 4 Επιλέγουµε ΑΝΑΛΥΣΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΠΑΛΙΝ ΡΟΜΗΣΗ (επιλέγουµε τη δύναµη) 5 Η καµπύλη της γραµµικής παλινδρόµησης είναι: Y=-4.79X-0.017(R^2=0.999) Από την καµπύλη αυτή προκύπτει Α) επαλήθευση της γραµµικότητας της σχέσης F(X) (R^2=0.999) B) D=4.79 N/m

13 ΜΕΡΟΣ 3: ΕΠΑΛΗΘΕΥΣΗ ΤΗΣ ΣΧΕΣΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟ ΟΥ 13 Η περίοδος υπολογίζεται ως εξής =1,11 σε πολύ καλή συµφωνία µε αυτό που µετρήσαµε κατευθείαν από τα δεδοµένα της απόστασης

Σχετικά έγγραφα

1181. EΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Υ ΡΕΥΣΗΣ

1181. EΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗ Υ ΡΕΥΣΗΣ 1181.1 Γενικά Στο κεφάλαιο αυτό καλύπτονται θέµατα σχετικά µε τον τρόπο κατασκευής των εγκαταστάσεων ύδρευσης σε κτιριακά έργα. 1181.1.1 Σχέδια Μελέτης Πριν αρχίσουν οι εργασίες