آزمایشگاه فیزیک 1

آزمایشگاه فیزیک 1 •1 •2 •3 ماشین آتوود اصطکاک سطح شیبدار اعضای گروه : ماشین آتوود • وسایل مورد نیاز • شرح آزمایش • کاربرد ماشین آتوود وسایل مورد نیاز • • • • قرقره وزنه کرنومتر متر شرح آزمایش • ماشین آتوود ساده از دو وزنه به جرمهای m1و m2که به وسیله یک رشته غیر قابل ارتجاع به طول Lکه از روی قرقره عبور کرده است و به یکدیگر متصل هستند ،تشکیل شده است .این سیستم فقط دارای یک درجه آزادی است ،یعنی چون فقط یک قرقره وجود دارد ،لذا اگر مبدأ مختصات را در نقطه آویز قرقره فرض کنیم ،در این صورت حرکت هر دو وزنه را می‌توان با یک پارامتر مشخص نمود .همچنین چون تنها نیروی وارده ،نیروی گرانشی ناشی از وزن دو وزنه است ،لذا به دلیل پایستار بودن نیروی گرانشی حرکت پایا خواهد بود و به راحتی می‌توان از قانون بقا انرژی استفاده کرد .به این ترتیب شتاب حرکت سیستم با فرض اینکه درجه آزادی را با متغیر ‏xنشان دهیم به صورت زیر خواهد بود: • در عبارت فوق aشعاع قرقره است .به وضوح مالحظه می‌شود که اگر m1>m2باشد m1 ،با شتاب ثابت باشد m1 ،با شتاب ثابت صعود خواهد نمود. ماشین آتوود کاربرد ماشین آتوود • یکی از بارزترین کاربردهای ماشین آتوود در قرقرههایی است که به منظور باال بردن وسایل ‌ سنگین به طبقات باالتر ساختمانها مورد استفاده میگیرند .اگر شخصی که از این وسایل قرار ‌ استفاده می‌کند ،به اصول مکانیکی این وسایل آشنا میتواند به راحتی و با اعمال نیروی اندک باشد‌ ، وسایل خیلی سنگین را تا ارتفاع زیاد باال ببرد. ضریب اصطکاک • .هدف آزمایش : • الف) محاسبه ضریب اصطحکاک ایستایی با یک جرم • ب ) محاسبه ضریب اصطحکاک جنبشی با یک جرم • وسایل آزمایش :سطح شیبدار ،جسم مکعب شکل ،خط کش و نقاله ضریب اصطکاک جسمی دیگر بلغزد ،نیروی مقاومی در ‌ میخواهد بر روی • وقتی که جسمی ‌ ‌ میآید که این نیرو از حرکت سطح تماس دو جسم در خالف جهت حرکت پدید ‌ میکند .این نیرو را نیروی اصطکاک گویjند .البته الزم به ذکر جسم جلوگیری ‌ است که این نیرو در لحظه شروع حرکت را نیروی اصطکاک ایستایی می گویند ،اما در طول حرکت جسم نیز نیرو وجود دارد که در ایjن حالت نیروی ‌ میگویند. اصطکاک لغزشی ‌ می دهد که نیروی اصطکاک همواره با نیروی عمودی که از طرف تجربه نشان ‌ میشود ،متناسب است .نیروی عمودی که گاهی جسم بر سطح اتjکای آن وارد ‌ میشود ،نjیرویی است که هر جسم در راستای عمود بر نیروی بjار نیز گفته ‌ میکند .این نjیرو سطح تماس خود به جسم دیگر یا به سطح اتکای خود وارد ‌ میشود .مثال در مورد جسمی ‌که از تغییر کشسان اجسام در تjماس ناشی ‌ میلغزد ،بزرگی روی یک میز افقی به حالت سکون قرار دارد یا روی آن ‌ نیروی عمودی بjا وزن جسم برابjر است .چون جسم شتاب قائم ندارد ،لذا باید میز نیز نیرویjی به طرف باال بر آن وارد کند که بزرگی آن با کشش رو به پائین وارد بر جسم از طرف زمین ،یعنی با وزن جسم ،برابر است. • بیشترین مقدار نیروی اصطکاک با کمترین نیروی الزم برای شروع به حرکت جسم برابر است .وقتی که حرکت شروع شد، ی‌کند و نیروی معموال نیروی اصطکاک بین سطوح کاهش پیدا م ‌ کمتری برای یکنواخت ماندن حرکت الزم است .همچنین گفتیم که بزرگی نیروی اصطکاک با نیروی عمود بر سطح از طرف جسم متناسب است .ضریب تناسبی که این رابطه تناسب را به تساوی ی‌کند ،ضریب اصطکاک نام دارد .ضریب اصطکاک به تبدیل م ‌ عوامل مختلفی چون جنس ماده ،پرداخت سطحی ،فیلمهای سطحی ،دما و میزان آلودگی سطح بستگی دارد .در این آزمایش سعی داریم در مورد چند سطح مختلف ضریب اصطکاک را محاسبه کنیم. سطح شیبدار و اصطکاک سطح شیبدار • در این آزمایش روش کار به این صورت است که مکعبی از جسم مورد نظر را که می‌خواهیم ضریب اصطکاک آن را تعیین کنیم ،به ریسمانی بسته و آن را روی یک سطح افقی (مانند سطح روی یک میز) قرار دهیم .به انتهای دیگر ریسمان که از لبه میز آویزان شده است ،کفه‌ای وصل می‌کنیم. همچنین در لبه میز قرقره‌ای قرار می‌دهیم و ریسمان را از روی شیار قرقره عبور دهیم .به انتهای دیگر ریسمان که از لبه میز آویزان شده است کفه ای وصل می‌کنیم. همچنین دو لبه میز قرقره‌ای قرار داده و ریسمان را از روی شیار قرقره عبور می‌دهیم ،تا به راحتی حرکت کند .حال بر روی کفه تعدادی وزنه قرار می‌دهیم و با انگشت خود ضربه‌های کوچکی به میز می‌زنیم تا مکعب شروع به حرکت کند. همچنین بر روی مکعب وزنه‌ای با جرم معین وزنههای داخل ‌ • در لحظه شروع به حرکت نیرویی که از طرف کفه اعمال می‌شود ،با بیشترین مقدار نیروی اصطکاک (یعنی وزنهای که روی مکعب ‌ نیروی اصطکاک ایستایی) برابر است. قرار دارد ،نیرویی عمودی برابر با نیروی وزن خود بر مکعب وارد می‌کند .بنابراین ضریب اصطکاک برابر است با نسبت وزنههای موجود در کفه وارد می‌شود ،بر ‌ نیرویی که از طرف نیروی عمودی .بنابراین اگر این نیروی عمودی را P_1و نیروی وزن جرمهای موجود در کفه را با P_2نشان دهیم ،در این صورت μ_sضریب اصطکاک ایتایی برابر است • اندازه گیری ضریب اصطکاک جنبشی • برای این کار مکعب چوبی را روی سطح شیبدار قرار میدهیم داده و به تدریج زاویه سطح شیبدار را تغییر ‌ تا اینکه قطعه چوب با یک ضربه کوچک با حرjکت یکنواخت و ثابت روی سطح حرکت کند( .در ضمن شیب دادن به سطح مرتبا به مکعب ضربه‌های کوچک میکنیم) سپس زاویه سطح شیبدار را بوسیله وارد ‌ میگیریم و از رابطه μ_k = \t g θ_k نقاله اندازه ‌ میکنیمθ_k ، ضریب اصطکاک جنبشی را حساب ‌ زاویه ای است که تحت آن مکعب با ضربه مالیمی به حرکت در می آید .این آزمایش را نیز برای اجسام مختلف تکرار می‌کنیم. با تشکر از استاد گرامی، سرکار خانم موحدی سال تحصیلی87-88: The End exit