Fizik 1 Laboratuvarı. Deney 5: Momentumun Korunumu ALANYA ALAADDİN KEYKUBAT ÜNİVERSİTESİ RAFET KAYIŞ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

Transkript

1 Deney 5: ALANYA ALAADDİN KEYKUBAT ÜNİVERSİTESİ RAFET KAYIŞ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

2 1. DENEYİN AMACI Doğrusal hareket halindeki iki cismin yapmış olduğu farklı çarpışma türleri için momentum ve kinetik enerjinin korunumu ilkelerinin incelenmesi. 2. DENEYDE KULLANILAN ARAÇLAR Basınçlı hava kaynağı, hava rayı sistemi, 2 adet hız sensörü, 3 adet araba HAVA RAYI ÜZERİNDEKİ KÜTLEYİ, ÜFLEYİCİ ÇALIŞTIRMADAN KESİNLİKLE HAREKET ETTİRMEYİNİZ!!! 3. MOMENTUMUN KORUNUMU θ hızı ile hareket eden m kütleli bir parçacığın çizgisel momentumu, ifadesiyle tanımlanır. Momentum, klasik fizikte nitel olarak hareketin kalitesidir. Momentum vektörü ile hız vektörünün doğrultusu ve yönü aynıdır. Çizgisel momentum parçacığa etki eden kuvvete bağlı olarak da ifade edilebilir. Şöyle ki: Newton un ikinci hareket yasasına göre, eylemsiz bir referans sisteminde, bir parçacık üzerine etki eden net kuvvet onun çizgisel momentumunun zamana göre değişimine eşittir. Buradan hareketle parçacığın momentumundaki değişim için: t i anındaki p i momentumu, t s anında p s değerini almışsa, olur ki bu eşitliğin sağ tarafındaki nicelik, t = t s t i zaman aralığı için F kuvvetinin itmesi yani impuls (itme) olarak isimlendirilir. Görüldüğü gibi bir F kuvvetine ait impuls, parçacığın momentumundaki değişime eşittir. Bilindiği üzere, yine klasik fizikte parçacıkları tanımlayan temel nicelikler yük ve kütledir. Yüksüz m 1 ve m 2 kütleli iki parçacıktan oluşan bir sistemin toplam momentumu daima korunur. Daha basit bir deyişle, yüksüz iki parçacık çarpıştığında, yalıtılmış olmak kaydıyla toplam momentumları sabit kalır. (Çizgisel momentumun korunumu ilkesi). Bu durum aşağıdaki ifade ile tasvir edilir. Herhangi türden bir çarpışma olayında, sistemin çarpışmadan hemen önceki momentumu, çarpışmadan hemen sonraki momentumuna eşit olur. Bütün çarpışma olaylarında toplam momentum daima korunurken yine bütün çarpışma olaylarında kinetik enerjinin korunduğu söylenemez. Elastik bir topun bir yüzeyden sekmesi (aslen yüzey ile çarpışmasıdır) gibi esnek

3 olmayan çarpışmalarda momentum korunur ancak kinetik enerji korunmaz. İki macunun çarpıştıktan sonra bütünleşerek birlikte hareket etmesi türünden bir çarpışma, esnek olmayan çarpışmadır ve son hızları aynıdır Esnek Çarpışma Aşağıdaki şekildeki gibi esnek çarpışmaya uğrayan iki parçacık için hem momentum hem de kinetik enerji korunur. Bu iki durum aşağıdaki eşitlikler ile matematiksel olarak betimlenir Esnek Olmayan Çarpışma Esnek olmayan çarpışmada kinetik enerji korunmaz. Başka bir deyişle bu tür çarpışmada kinetik enerji kaybı vardır. Çarpışmadan sonraki toplam kinetik enerji çarpışmadan önceki toplam kinetik enerjiden daha küçüktür. Çarpışmadan önceki ve çarpışmadan sonraki toplam kinetik enerjiler arasındaki enerji farkı ya ısı gibi hiyerarşik olarak daha kalitesiz bir enerji türüne dönüşür ya da çarpışan cisimlerde potansiyel enerji olarak depolanır. Aşağıdaki şekildeki gibi, çarpışmadan sonra iki cismin bitişerek hareket etmesi durumunda enerji korunmaz. Bu örnekte momentumun korunumu ifadesi şeklinde olacaktır.

4 DENEYİN YAPILIŞI Deneye başlamadan önce rayın tamamen yere paralel olmasını sağlayınız. Bunun için raya hava verip sade bir arabayı rayın ortasına koyunuz ve paralelliği sağlamak için rayın ucundaki yükseklik ayarlayıcı vidayı döndürünüz ve arabanın rayın ortasında kalmasını sağlayınız. İki aynı veya farklı kütlelerdeki arabaları hafifçe birbirlerine doğru iterek birbirleriyle esnek veya esnek olmayan şekilde çarpışmasını sağlayınız ve çarpışmadan önceki ve sonraki hız değerlerini kaydediniz. Esnek çarpışma için hafif arabayı sensörlerin tam ortasında durgun tutarak, ağır arabayı yavaşça ona doğru itiniz (bkz şekil a). Arabaların önündeki süngerlerin yavaşça birbirlerine çarpmasını sağlayınız. Ağır arabanın ilk ve son hızını ayrıca hafif arabanın çarpma sonrası hızını kaydediniz ve momentum korunumunu doğrulayınız. İnelastik çarpışmada (elastik olmayan) sensörlerin solda olanını sola doğru çekerek ağır arabayı hafife doğru itiniz (sağ sensörle hızını ölçünüz) ve sivri ucun diğer arabadaki yuvarlağa girip arabaların ikisinin birlikte hareket etmesini sağlayınız ve bu ikisinin birlikteki hızını ölçünüz. Yine momentum korunumunu doğrulayınız. ÖNEMLİ NOT: arabalar itilirken yalpa yaparsa sensörler hız değerlerini yanlış okuyabilirler. Hız değerleri 8-10 cm/s altında ise bu değerlere güvenmeyip arabayı sensörün önünden sağa sola 1-2 kez geçirip ekranda geçerli değerler gördükten sonra deneyi tekrarlayın. Hız değerleri veya + olarak gidiş yönüne göre gösterilmektedir. Arabaları çok hızlı itmeyin ve ilk hızların cm/s aralığında olmasına dikkat edin.

5 Araba Kütle İlk Hızı Son Hızı İlk Momentum Son Momentum İlk Kinetik Enerji Son Kinetik Enerji (kg) θ ilk θ son P ilk P son E ilk E son Araba Kütle İlk Hızı İlk Momentum İlk Kinetik Enerji Ortak Hız Ortak Momentum Ortak Kinetik Enerji (kg) θ ilk P ilk E ilk θ ortak P ortak E ortak 1. 2.