תנועה סיבובית חיישן בעזרת ניוטון של השני החוק

מבוא, F, הכוח השקול הפועל עליו, m, נתון גוף של המסה בין הקשר אתניסח ש הראשון היה ניוטון אייזיק

:הוא מצא כי התאוצה נמצאת ביחס ישר לכוח השקול וביחס הפוך למסת הגוף. ותאוצתו

F m a= ⋅

.המערכת תאוצת לבין גופים שני של מערכת על פועלה השקול הכוח בין הקשר את נבדוק זה בניסוי .נמדוד בנפרד את תלות התאוצה בכוח ואת תלות התאוצה במסה

.בניסוי זה איננו בודקים את הקשר בין כיוון הכוח השקול הפועל על מערכת לבין כיוון תאוצתה

י הנגזרת "התאוצה תתקבל ע. Multi Log Proית של מערכת חיישן תנועה סיבוב בעזרת תמדד נועההת .זמן-השניה של גרף מקום

שאלות הכנה

.פיתוח הקשר בין תאוצת המערכת לבין המסות יופיע ברקע התאורטי של דוח המעבדה

אליה , Mעגלה שמסתה על משטח חלק מוצבת . mקשור חוט עליו תלויה מסה

.הזנח את כוח החיכוך. M-ו mים על כל אחד מהגופים הכוחות הפועלתרשים שרטט את .1

.דרשום את משוואת התנועה לכל גוף בנפר ,על סמך החוק השני של ניוטון .2

. a = mg/(M+m) כימהמשוואות שבסעיף הקודם הוכח .3

.את משמעות הביטוי שקיבלתשלך הסבר במילים .4

הציוד רשימת

, כבל מתאם בין החיישן למכשיר, חיישן תנועה סיבובית ,Multi Log Pro מכשיר , Multi Log Proתוכנת

מתלה , חוט, מאזניים, משקולות שונות, עגלה, מסילה, שנאי למכשיר, כבל מתאם בין המכשיר למחשב .למשקולות

Multi Log Proהניסוי ומהלך העבודה עם מערכת בניית

.בית לקצה שולחן המעבדהחבר את חיישן התנועה הסיבו .1

.במהלך כל התנועה הגלגלתמקם את המסילה על השולחן כך שהעגלה תנוע בדיוק מול .2

החוט עובר על פני הגלגלת הגדולה ביותר שבחיישן .חבר בחוט את עגלה אל מתלה המשקולות .3

.התנועה הסיבובית

שהחוט יהיה מקביל את גובה החיישן כך כוון . מהחיישןהצב את העגלה בקצה המסלול הרחוק .4

.בדוק זאת על ידי מדידה בסרגל של גובה החוט מעל המסילה במספר נקודות. למסילה

.אל המחשב Multi Log Proחבר את . Multi Log Proחבר את השנאי אל החשמל ואל .5

.בעזרת כבל המתאםMulti Log Pro -של ה 1לכניסה חבר את החיישן .6

שבשולחן העבודה להפעלת " Multi Log Pro) "יקוןאי(הדלק את המכשיר ולחץ על הצלמית .7

.התוכנה

ulti Log ProMבתוכנת אתחולפעולת ה

. בסרגל הכלים העליון") אשף האתחול(" Setupלחץ על .1

. חיישן תנועה סיבוביתבחר 1בחלונית של כניסה .2

לחץ על . "תמדידת הזוי"ובטל את "מדידת מרחק"בחר , 1לחץ על הלחצן שמול חלונית כניסה .3

.אישור השינויים ועבור לשלב הבא

.ועבור לשלב הבא בשנייה מדידות 50של קצב דגימה בחר .4

.ולחץ על סיים נקודות מדידה 200בחר .5

) מסה כוללת קבועה(תלות תאוצת המערכת בכוח הפועל עליה חקירת -ראשון חלק

.ומסות המשקולות Mמסת העגלה מדוד את , באמצעות מאזניים .1

M=_______ רשום את מסת העגלה .2

=m_______רשום מסת משקולת קטנה אחת _______=m0 רשום את מסת המתלה

∑_________רשום את המסה הכוללת של המערכת .3 =++= 05 mmMM

את מתלהט אל העגלה ותלה על קצהו החופשי חבר חו. קטנות משקולות ארבעהנח על העגלה .4

. משקולות עם משקולת אחתה

M

m

. דאג לכך שהמשקולת התלויה לא תתנדנד). 'מ 1 -מרחק של כ( הרחק את העגלה מהגלגלת .5כאשר מופיע גרף חדש על צג . להפעלת המדידה לחץ על האיש הרץ בסרגל הכלים העליון

. שחרר את העגלה, המחשב !את העגלה טרם התנגשותה במחסוםיש לתפוס : שים לב

מדידת התאוצה

העגלה תאוצת את למצוא יש, על מנת לשרטט גרף של תאוצת העגלה כתלות בכוח הפועל על המערכת . העגלה של הרצה בכל

.הגוף תאוצת אוה זמן-מהירות גרף שיפוע תאוצה שוות בתנועהידוע לנו כי

שני סמן הצגעל לחצן ו ראשון הצג סמן לחצן על לחץ ,בסרגל הכלים התחתון .1החלק ( של הגרף החלק המתאיםהגבולות של בחר את תצים שבעזרתם יתקבלו שני חי

.אפשר להניע את החיצים על פני הגרף על ידי העכבר ).הפרבולי

גרףלשם כך לחץ על תפריט . כדי להתמקד בקטע שבחרת יש לגזור את הקטע מכל הגרף .2לא מדובר בפונקציה נגזרת אלא בהשארת קטע ( גזור -ונה ובחר בשבשורת התפריטים העלי

).מהגרף

סרגל הכלים שב נגזרתלחץ על . הזמן של כפונקציה העגלה מקום של נגזרת היא המהירות .3 . )זו פונקציית הנגזרת( זמן-תמהירו גרף לקבל מנת על העליון

את לחשב מנת על. התאוצה אוה ושיפועו עבור תנועה שוות תאוצה הוא קו ישר זמן-מהירות גרף .4

ראשון הצג סמן בעזרת הגרף של העולה הישר בקטע מרוחקות נקודות שתי סמן התאוצה

ידי על לינארי קירוב הזה לקטע התאם מכן לאחר. סרגל הכלים התחתוןשב שני סמן והצג

גרף על יופיע הלינארי הקירוב גרף. סרגל הכלים העליוןשב ישר קו קירוב על לחיצה אוה ,משוואהב המופיע ,קוה שיפוע .הגרף חלון בתחתיתהקו תופיע של משוואהוה ,המהירות

.ומצא מתוכה תאוצת העגלה, במחברתך את משוואת הקו רשום .ההתאוצ את 'אטבלה ב ורשום ,עבור כל אחת מחמש המדידות שביצעת 1-4בצע את התהליך בסעיפים .5

28.9הצב . המתקבלים המתאימים הנתוניםsmg = :

'טבלה א

תאוצת העגלה

m/s2) (a

המשקל התלוי

mg(N)

המסה התלויה )כולל מסת המתלה(

m(kg)

מספר משקולות תלויות

1

2

3

4

5

הכוח החיצוני(ל המערכת לבין תאוצתה חקירת הקשר בין המסה הכוללת ש – שניחלק .)קבוענשאר

ל הניסוי אנו משנים את המסה הכוללת של המערכת ובודקים את השפעת שינוי זה על בחלק זה ש

איננו משנים את מספר המשקולות התלויות על : הכוח החיצוני הפועל על המערכת נשאר קבוע. התאוצה

!!!בכל המדידות המסה התלויה נשארת ללא שינוי: שים לב. המתלה .______מסת כל משקולת היא .הגדולות מסת המשקולותמדוד את , באמצעות מאזניים .1

.תלה על מתלה המשקולות חמש משקולות קטנות .2

.___________=mgהמשקל התלוי הוא ,_________=mרשום את המסה התלויה

, את הערך של התאוצה מהניסוי האחרון שערכת בחלק הראשון של הניסוי' העתק אל טבלה ב .3

תלויות על המתלה ואף משקולת כבדה לא הייתה זהו הניסוי שבו חמש משקולות קטנות היו

.מונחת על העגלה

כאשר בכל פעם אתה מוסיף משקולת גדולה אחת על , חזור על הניסוי שלוש פעמים נוספות .4

. העגלה

טבלה ת תאוצת העגלה בכל הרצה ומלא את מצא א, של הניסוי הראשוןבאותו אופן כמו בחלק .5

:'ב

'טבלה ב

רק לאחר שווידאת שקיבלת את כל התוצאות . בצע את עיבוד תוצאות הניסוי לפני פירוק המערכת :י השלבים הבאים"את הניסוי ולפרק את המערכת עפ הדרושות תוכל לסיים

.ונתק את חיבורו לרשת החשמל Multi Log Pro -כבה את ה .1 .כבה את המחשב כיבוי מסודר .2 .החזר את כל המשקולות למתקן בו היו לפני תחילת הניסוי .3

עיבוד תוצאות הניסוי

ראשוןחלק

משקל המתלה הוא (המתלה שרטט גרף של התאוצה כפונקציה של משקל' בעזרת טבלה א .1

). הכוח החיצוני הפועל על המערכת

השווה ערך זה . חשב את הערך של המסה הכוללת של המערכת, בגרף שהתקבל השיפועמתוך .2

. הערך שנמצא בשקילה הראשונית בתחילת הניסוי עם

.חשב את אחוזי השגיאה היחסית .3

?מהן הסיבות האפשריות לשגיאה היחסית שחישבת .4

תאוצת העגלה

a(m/s2)

מסה הכוללתהיפוך ה

1/M(1/kg)

מסה כוללת של המערכת

M(kg)

מספר משקולות על העגלה

0

1

2

3

שניחלק

כך שיתקבל קשר לינארי המתאר את הקשר בין תאוצת , שרטט גרף' על פי הנתונים בטבלה ב .1

.העזר בפתרון לשאלת ההכנה. המערכת והמסה הכוללת של המערכת

?מהי מהמשמעות הפיזיקלית של שיפוע הגרף .2

?מהן יחידות השיפוע .3

. מתוך שיפוע הגרף חשב את הערך של המסה התלויה .4

.היחסיתחשב את אחוזי השגיאה .5

?מהן הסיבות האפשריות לשגיאה היחסית שחישבת .6

שאלות נוספות

".הפרדת משתנים"הסבר את המושג . א .1 ?מדוע חשוב להפריד משתנים בניסויי מעבדה. ב ?כיצד בא לידי ביטוי הנושא בניסוי זה. ג

ה האם זה נכון מבחינ. זהות) המסה התלויה והעגלה(בניסוי שביצעת הנחת שתאוצות הגופים .2 .הסבר? מבחינה סקלרית? וקטורית

בחוט המחבר בין העגלה למסה התלויה עשוי לקבל ערכים שונים המתייחסים לגודל Tגודל המתיחות .3 ):מצב אחד לכל סעיף(תאר מצבים בהם מתקיימים הקשרים הבאים . המשקל התלוי עליו

T=mg .א T< mg .ב T> mg .ג

.1Nהגדר את יחידת המדידה .4 .הסבר? ידועה בחלל החיצון במקום בו כוחות הכבידה זניחיםהאם אפשר למדוד מסה לא .5תאר במילים את . נניח שבמערכת הניסוי הודפים את העגלה כך שתתרחק מן הגלגלת ומשחררים .6

.תנועת המערכת מרגע שחרור העגלה ועד לרגע פגיעת המסה התלויה ברצפה !נמק? וי כאל נפילה חופשיתהאם ניתן להתייחס לתנועת הסל בניס, אם החיכוך בניסוי זה זניח .7 ?זמן של העגלה-תאר כיצד ייראה גרף מהירות, במקרה בו לא נזניח את החיכוך בין העגלה למשטח .8העגלה , אם הסל יגיע לקרקע לפני שהעגלה מגיעה לקצה המסילה האם ברגע בו יגיע הסל לקרקע .9

.תאר את תנועתה של העגלה מרגע זה ואילך, אם לא. נמק, אם כן? תעצור, אם כן? האם היה חל שינוי בתוצאות, לו בוצע הניסוי במקום על כדור הארץ על גרם שמים אחר .10

?מהועגלה בעלת מסה הקטנה יותר תאט בקצב גדול יותר מעגלה בעלת , אם לא נזניח את כוח החיכוך .11

.הסבר תשובתך? האם ההיגד נכון. מסה גדולה יותר ?כיצד ישפיע שיפוע של המסילה על תוצאות המדידה? כיצד ישפיע שיפוע החוט על תוצאות המדידה .12

!בהצלחה