آزمایشگاه فیزیک 1

آزمایش بررسی اصل بقای انرژی بوسیله چرخ ماکسول

تئوری آزمایش:

          هدف از انجام این آزمایش بررسی تبدیل انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی و انداره گیری شتاب مرکز جرم  و سرعت زاویه ای .

            چنانچه چرخ ماکسول از ارتفاع h رها شود، می توان پس از طی مسافت h ، مقادیر  را محاسبه نمود. از قانون دوم نیوتن داریم:

همچنین از رابطه گشتاور نیرو و شتاب زاویه ای  داریم:

آزمایشگاه فیزیک 1

آزمایش بررسی اصل بقای انرژی بوسیله چرخ ماکسول

تئوری آزمایش:

          هدف از انجام این آزمایش بررسی تبدیل انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی و انداره گیری شتاب مرکز جرم  و سرعت زاویه ای .

            چنانچه چرخ ماکسول از ارتفاع h رها شود، می توان پس از طی مسافت h ، مقادیر  را محاسبه نمود. از قانون دوم نیوتن داریم:

همچنین از رابطه گشتاور نیرو و شتاب زاویه ای  داریم:

از طرفی داریم:

که در آن  اینرسی دورانی چرخ و میله نسبت به محور دوران می باشد. از طرفی:

مقدار کشش نخ T را در رابطه اول قرار می دهیم و شتاب مرکز جرم را محاسبه می کنیم:

که داریم:

Mجرم چرخ و برابر 0.7kg ، r شعاع میله برابر 0.3cm ، R شعاع چزخ برابر 6.5cm ، I اینرسی دورانی چرخ برابر ، m جرم میله برابر 0.033kg.

همچنین از اصل بقای انرژی داریم:

و از این روابط می توان  را محاسبه نمود:

آزمایش اول:

            با پیچاندن نخ حول محور چزخ و قرار دادن آن در ارتفاع h و رها کردن آن ، زمان سقوط ، t، را به دست می آوزیم و با تغییر ارتفاع به مقدار 2cm مقادیر مختلفt  را انداره گیری میکینم. برای این آزمایش داده های زیر بدست آمد.

با استفاده از رابطه  و به کارگیری روش حداقل مربعات مانده ها، شتاب خطی مرکز جرم را محاسبه می کنیم. و با مقدار بدست آمده از طریق رابطه پنجم مقایسه می کنیم.

حال برای یافتن مقدار  از طریق رابطه تغییر متغیر های زیر را انجام می دهیم:

پس داریم:

که برای این آرمایش داریم:

بنا بر این داریم:

آزمایش دوم:

          وقتی چرخ ماکسول از ارتفاع  رها می شود.