DENEY 2 SABİT İVME İLE DÜZGÜN DOĞRUSAL HAREKET VE DÜZLEMDE HAREKET

Transkript

1 DENEY SABİT İVME İLE DÜZGÜN DOĞRUSAL HAREKET VE DÜZLEMDE HAREKET AMAÇ: Sabit ivme ile düzgün doğrusal hareket çalışılıp analiz edilecek ve eğik durumda bulunan hava masasındaki diskin hareketi incelenecek ve ivmesi bulunacaktır. Aynı zamanda eğik durumdaki hava masasından yatay olarak fırlatılan diskin hareketi çalışılıp analiz edilecek. TEORİ: Bu deneyde hızı aynı oranda değişen, düzgün doğrusal ilerleyen diskin hareketini ele alacağız. Şekil.1.a da gösterildiği gibi sürtünmesiz bir eğik düzlem formu oluşması için arka tarafı yükseltilmiş bir hava masası düşünün. Eğer diski eğik düzlemin en tepesine koyup, aşağı doğru kaymasına izin verirsek; diskin düz bir yolda ilerlediğini gözlemleriz. Fakat Şekil.1.b de gösterildiği gibi veri kâğıdımızda oluşan noktalar eşit aralıklarda değildir. Bu, diskin aşağıya doğru indikçe hızının artması anlamına gelir. Şekil.1 a) Eğik durumdaki hava masasından aşağı doğru kayan diskin sistemi. b) Veri kâğıdında diskin oluşturduğu noktalar Diskin hareket yönünün pozitif x-ekseni olarak alalım. Gözlemlediğimiz hareket türü sabit ivme ile düzgün doğrusal harekettir.

2 Zamanın fonksiyonu olarak diskin hız ve konumunun genel ifadeleri: v(t) = v + at (.1) x(t) = x + v t + 1 at (.) şeklindedir. Burada x = x(t=) ve v = v(t=) diskin t = daki konumu ve hızıdır. v = durumunda diskin konumu: x(t) = x + 1 at (.3) ile verilir. Eğer bir çizgi elde ederiz. t nin x e karşı olan grafiği çizilirse, x kesim noktası ve 1 a eğimi olan düz Bu deneyde bir diğer hareket türü olan yatay olarak fırlatılan nesnenin hareketini de inceleyeceğiz. Şekil..a da gösterildiği gibi burada disk, v = fırlatılmaktadır. v x ilk hızı ile yatay olarak Şekil. Eğik durumdaki hava masasından yatay olarak fırlatılan disk a) Takip edilen yolun şematik çizimi b) Veri kâğıdında diskin oluşturduğu veri noktaları Veri kâğıdında oluşan noktalar Şekil..b de gösterildiği gibi olmalıdır. Hareketi analiz etmek için yatay ve dikey eksenler boyunca diskin hareketini bağımsız olarak inceleyeceğiz. Bu amaçla Şekil..b deki gibi ilk noktayı merkez alarak x ve y eksenlerini çizeriz. Pozitif y- Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri

3 ekseni yönü aşağı doğru alınır. Şekil.3 te her noktanın x ve y bileşenleri eksenlere göre gösterilmiştir. Şekil.3 x ve y eksenleri boyunca veri kâğıdındaki noktaların gösterimi Noktaların x izdüşümlerinin arasındaki mesafelerin eşit olduğunu belirtelim. Yani diskin hızının x bileşeni sabittir. y-ekseni boyunca harekette ise diskin y izdüşümleri arasındaki mesafelerin zamanla arttığını belirtelim. Aslında y-ekseni boyunca diskin ivmesi, eğik durumdaki hava masasında serbest halde bırakılan diskin ivmesinden başka bir şey değildir. Sonuç olarak, x-ekseni boyunca hareket v x = x = v x (.4) v x t (.5) y-ekseni boyunca hareket v y = at (.6) y = 1 at (.7) denklemleriyle verilmektedir. Eğer denklem t yi denklem (.5) teki değerinden çekip, (.7) nin içine koyup, yok edersek y yi, x ve v x in fonksiyonu olarak elde ederiz: y = 1 x a = v x ax v x (.8) Bu parabol denklemi diskin x-y düzlemindeki hareketinin şeklini belirler. 3 Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri

4 ARAÇLAR: Hava masası Disk fırlatıcı Tahta bloklar ( hava masasını istenen eğim açısında yatırmak için ) Milimetre Taksimatlı cetvel Milimetrik grafik kâğıdı. DENEYİN YAPILIŞI: Bu deney iki bölümden oluşur ve eğik durumdaki hava masası kullanılarak yapılacaktır. İlk olarak hava masasını hazırlayın ve daha sonra tahta blokları kullanarak masayı eğik konuma getirin. Eğim açısının (φ ) sinüs değerinin tahta blok üzerinde yazılı olduğunu kontrol edin. Disklerden birini hava masasının sağ alt köşesinde karbon kâğıdının üstüne koyup sabit olarak tutun. Her iki deneyde de sadece tek bir disk kullanılacaktır. Bölüm I: Sabit İvme ile Düzgün Doğrusal Hareket 1. Diski eğik durumdaki hava masasın tepesine koyun. Sadece (P) anahtarını çalıştırın. Diskin düzlemden serbest olarak aşağıya doğru kaydığını kontrol edin.. Sparktimer ın frekansını Hz e ayarlayın Diski eğik düzlemin üst noktasına koyun. (P) ve (S) anahtarlarını en üst seviyesine gelince anahtarların üstünden ayağınızı kaldırın. 3. Hava masasındaki veri kâğıdını alın ve üzerinde oluşan noktaları kontrol edin. Diskin kat ettiği yolu pozitif x-ekseni olarak alın. Veri noktalarını; ilk noktadan başlayarak, 1,,...5 şeklinde numaralandırın. İlk noktayı x = ve t = alarak diğer noktaların noktasından uzaklıklarını ölçün. Bir de bu noktaların t zamanlarını belirleyin. 4. Bulduğunuz verileri kullanarak yardımıyla, diskin ivmesini (a ± Δa' yı ) bulun. t ye karşı x in grafiğini çizin. Çizdiğiniz x-t grafiği Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri 4

5 Şekil.4 Eğik durum hava masasının kenarında atıcının ayarlanması Bölüm II: Yatay Atış 1. Bu bölümde veri kâğıdının diğer tarafını kullanın.. Disklerden bir tanesini eğik durumdaki hava masasının sağ alt köşesine katlanmış bir parça kâğıt koyarak sabitleyin. 3. Eğik düzlem hava masasının sol tarafına (üst kenarından yaklaşık 1 cm) atıcıyı yerleştirin ve fırlatma açısını sıfır dereceye ayarlayın (Şekil.4 de görüldüğü gibi). 4. Diski ayarlanmış atıcıya yerleştirin ve yalnız P anahtarını çalıştırarak atıcının uygun bir yol güzergâhı verebilmesi için lastikteki gerilimi ayarlayan birkaç test atışı yapın. 5. Şimdi P anahtarını çalıştırın ve diski ayarlanmış atıcıya yerleştirin, sonra Sparktimer ı tetiklenmesi için S anahtarını çalıştırırken aynı anda diski serbest bırakın. Disk veri kâğıdının en alt noktasına gelene kadar anahtarı açık tutun ve sonrada ayağınızı kaldırın. 5 Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri

6 6. Veri kâğıdını kaldırmadan önce diski dışarıya atıcının tam karşısına koyun, P ve S anahtarlarını aynı anda çalıştırın ve eğik düzlemden diskin serbest olarak kaymasını sağlayın. 7. Şimdi veri kâğıdını hava masasından alın ve elde ettiğiniz yolları dikkatlice gözden geçirin. Aşağıdaki Şekil.5 de gösterildiği gibi yollar elde etmelisiniz. Şekilde olduğu gibi iki yolu A ve B diye belirtin. Eğer analiz yapmak için veri noktalarınız uygun değilse, deneyi yeniden yapın ve yeni verileri alın. Şekil.5 Veri kâğıdındaki noktalar 8. Her iki yoldaki verileri birinci noktadan başlayarak daire içine alın ve, 1,,..., gibi numaralandırın. 9. A yolu için x ve y-eksenlerini çizin. Bunu yaparken ilk olarak B yoluna paralel ve A yolunun birinci noktasından ( noktası) geçen bir doğru çizilir. Bu doğru y-ekseni olmalıdır. O zaman x-eksenini elde edebilmek için noktasından başlayan ve bu doğruya dik olan yatay bir doğru çizilir. Pozitif y yönünü aşağıya doğru alın. 1. Şimdi noktaların x ve y izdüşümlerini elde etmek için A yolundaki her noktadan x ve y-eksenlerinin normallerini çizin. Şekil.3 e benzeyen bir şekil elde etmelisiniz. Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri 6

7 11. Uçuş zamanını t f (diskin hareketi süresince geçen toplam zaman) ve atışla alınan yolu R (hareket süresince kat edilen yatay uzaklık) ölçün ve kayıt edin. R yi ve t f yi kullanarak atışın hızı v x i bulun. 1. A yolunun noktasından başlayarak 5 veri noktasının bu noktaya olan y izdüşümleri uzaklıklarını ölçün. Ayrıca bu noktaların her birine karşılık gelen zamanları da belirleyin. 13. A ve B yolları için 5. noktadan. noktaya olan uzaklığı y alıp denklem (.7) yi kullanarak a ve A değeriyle karşılaştırın. a ivmelerini bulun. Sonuçları Bölüm I deki bulduğunuz ivme B Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri 7

8 Adı Soyadı: No: Bölüm: Şube: Deney RAPOR SABİT İVME İLE DÜZGÜN DOĞRUSAL HAREKET VE DÜZLEMDE HAREKET AMAÇ: Bölüm I: Sabit İvme İle düzgün Doğrusal Hareket 1. Veri kâğıdında elde ettiğiniz hareketi açıklayın ve bu verileri kullanarak aşağıdaki tabloyu doldurun. Noktalar x ± Δx (cm) t ± Δt (sn) t ± Δt (sn ) Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri 8

9 . Hata hesaplarını detayları ile gösteriniz (Δx, Δt ve Δt için): 3. Tablodaki verilerinizi kullanarak x-t grafiği çizin ve grafiğin eğimini bulun. Eğim = cm/sn 4. İvmeyi hata payıyla birlikte yazın. a ± Δa =.cm/sn Bölüm II: Yatay Atış 1. Yatay atış hareketinde diskin uçuş zamanını (t u ) ve menzilini (R) bulun. t u = sn R= cm. Diskin x eksenindeki hızını v hesaplayın; v = cm/sn Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri 9

10 3. A ve B yolları için aşağıdaki tabloyu doldurun. A yolu B yolu Noktalar y± Δy (cm) t± Δt (sn) y± Δy (cm) t± Δt (sn) A ve B atışlarının ivmelerini hesaplayın. Bu ivmeleri birbirleriyle ve Bölüm I de bulduğunuz ivmelerle karşılaştırın a A =.cm/sec a B =..cm/sec Deneyin Sonucu ve Tartışmalar: Genel Fizik 11 Laboratuar Deneyleri 1