نام آزمایش: ماشین آتوود
(بررسی قانون اول و دوم نیوتون)
مقدمه نظری:
ماشین آتوود دستگاهی است که برای مطالعه قوانین نیوتون مورد استفاده قرار می گیرد.
قانون اول نیوتون:
برای آنکه جسمی ساکن بماند یا با سرعت یکنواخت به سرعت خود ادامه دهد باید مجموع برداری نیروهای موثر بر آن صفر باشد.
قانون دوم نیوتون:
نیرویی که به یک جسم وارد می شود با حاصل ضرب جرم جسم و شتابی که این نیرو به آن جسم می دهد برابر می باشد. (I) شتاب ایده آل
با توجه به دانسته های قبلی می دانیم که در عمل همیشه مقداری اصطکاک بین نخ و قرقره وجود دارد و عوامل دیگری هم در حرکت جسم تاثیر گذارند و باعث می شوند مقدار شتاب ایده آل و شتابی که در عمل به دست خواهد آمد متفاوت باشد.
برای محاسبه شتاب عملی؛ و با در نظر گرفتن شتاب ثابت برای جسم می توانیم حرکت جسم را شتاب دار از نوع ثابت در نظر بگیریم و داریم:X = 1\2 at2¬¬¬¬ + V0t و چون جسم از حالت سکون رها می شود پس خواهیم داشت: a = 2x\t2 (II) شتاب عملی
روش کار:
1: در شروع کار دو جرم مساوی را در دو طرف دستگاه انتخاب کردیم M = 80 gr و بعد از آن در یک طرف دستگاه جرم را به اندازه m = 10 gr افزایش دادیم.
2: مقدار شتاب ایده آل جسم را با کمک مقادیر m و M و g=980 cm\s از رابطه (I) بدست می آوریم:\ 160+10 = 57.67 aI = (10*980)
3: سپس دستگاه را آماده کردیم و فاصله نقطه شروع حرکت (درجه صفر دستگاه) تا محل برخورد جسم را برابر 80 و 90 و 100 و 120 سانتی متر گرفتیم.
4: باکمک کرونومتردیجیتالی زمان رابرای هر فاصله سه بار اندازه گرفتیم و میانگین آنها را بدست آوردیم (tm)
5: باکمک رابطه (II) مقدار شتاب عملی جسم را نیز بدست آوردیم و در آخر جدول زیر را تنظیم نمودیم:
X طول t1 (s) t2 (s) t3 (s) میانگین tm a عملی میانگین am ∆a
f
80cm 2.009 1.97 2.056 2.01 39.6 40.1775 0.287 57.7 2979.825
90 cm 2.092 2.014 2.006 2.04 43.25 0.2827
100 cm 2.253 2.2 2.225 2.226 40.36 0.238
120 cm 2.54 2.55 2.50 2.53 37.5 0.1859
با توجه به مقادیر بدست آمده برای شتاب در جدول فوق می توان نتیجه گیری کرد که به علت وجود نیروی اصطکاک بین نخ و قرقره و عوامل دیگر میانگین شتاب عملی کوچکتر از شتاب ایده آل می باشد، در صورت وجود نیروی اصطکاک مقادیر کشش نخ در دو طرف قرقره یکسان نشد و اختلاف بین این مقادیر همان نیروی اصطکاک می باشد که می توان آن را به صورت زیر محاسبه نمود:
(M+m) g _ T2 = (M+m) am T2 = (M+m) (g_am)
T1_Mg = M am T1 = M (g + am)
نیروی اصطکاک بین نخ و قرقره f = T2 _ T1
T2=(80+10)(981-40.1775) = 84674.025
T1=81694.2 , f= 2979.825
برای محاسبه مقدار a∆ ، برای هر یک از طول ها از رابطه زیر استفاده کردیم:
که در آن x ∆ دقت اندازه گیری فاصله در ماشین آتوود و t ∆ دقت اندازه گیری کرونومتر می باشد.
نام آزمایش: گرماسنجی 1
(محاسبه ظرفیت گرمایی گرماسنج)
مقدمه نظری:
گرما انرژی منطقه از یک دستگاه به دستگاه دیگر است که از اختلاف دمای بین دو دستگاه تشخیص داده می شود و ظرفیت گرمایی جرم معینی از جسم برابر است با مقدار گرمایی که باید به جسم افزود تا دمای آن یک درجه سانتی گراد بالا رود. ظرفیت گرمایی را با A نشان می دهند و واحدهای آن ċ\cal و ċ\j می باشند.
در آزمایش هایی که با گرماسنج سروکار دارند معمولا مقداری از گرما بوسیله اجزای خود گرماسنج جذب میشود و در آنها ذخیره می گردد که باید آنرا در محاسبات وارد نمود. این مقدار گرما مربوط به حرارت ظرف، همزن و دماسنج و ... میباشد.
رابطه ظرفیت گرمایی: A=mi ci مجموع = m1 c1 + m2 c2 +
در این رابطه، mi جرم اجسام موجود در در گرماسنج و ci گرمای ویژه مربوط به آنهاست.
باکمک تبادل گرمایی که بین اجسام صورت میگیرد وبااستفاده ازاین اصل درتبادل گرمایی، مقدار انرژی گرمایی گرفته شده توسط جسم سرد دقیقا برابر مقدار گرمایی است که جسم گرم از دست میدهد، میتوان ظرفیت گرمایی یک جسم را محاسبه نمود یعنی داریم:
انرژی گرمایی = Q = mC T
گرمای از دست رفته Q1 = Q2 گرمای گرفته شده
m 1 C1 T1 = m2 C2 T2 + …
روش کار:
1: در شروع کار گرماسنج را خشک کردیم و سپس گرماسنج را همراه با درب آن وزن کردیم و آنرا در دفتر یادداشت کردیم؛ 262 gr = m1
2: سپس مقدار 100 سانتی متر مکعب آب را در بشر ریخته و آن را به داخل گرماسنج ریختیم و دوباره وزن گرماسنج را بعلاوه ی آب سرد اندازه گیری کردیم که داریم:
362 gr = m2
3: سپس با فرمول M=m2 – m1 وزن آب سرد رابه دست آوردیم:
M=362 – 262 = 100 gr
و در این حالت دمای آب سرد نیز برابر بود با T1 = 25 *c
4: بعد از آن دوباره داخل بشر 100 سانتی متر مکعب آب ریختیم و آن را روی سه پایه قرار دادیم و به کمک شعله گاز که منبع گرمای ما محسوب می شد دمای آن را به T3 = 74ċ رساندیم و در دفتر کارمان یادداشت کردیم.
5: سپس بلافاصله آب را داخل گرماسنج ریختیم و درب آنرا نیز بستیم و با کمک همزن آب سرد و آب گرم را مخلوط کردیم و این کار را تا زمانی ادامه دادیم تا آب به حالت تعادل رسید و دراین لحظه دمای تعادل رابادماسنج اندازه گیری کردیم وبرابر بود با : T2 = 45ċ
6: برای سومین بار گرماسنج را همراه باآب گرم بعلاوه آب سرد وزن کردیم که داریم:m3= 450gr
و از رابطه ی m = m3 – m2 وزن آب گرم را محاسبه نمودیم: m = 88 gr
7: در آخر کار نیز با فرمول زیر، ظرفیت گرمایی A را به دست آوردیم:
که در آن C = 1cal\gċ
mC(T3 – T2) = (MC + A).(T2 - T1)
A = (88*1*(74 - 45) – 100*1*(45 - 25))\(45 - 25) = 27.6
شایان ذکر است که هر سه نفر اعضای گروه در تمامی مراحل کار همکاری لازم را باهم داشتند و در پایان کار با توجه به نتایج به دست آمده این گزارش نوشته شد که در آن ظرفیت گرمایی گرماسنج (A) برابر شد با : 27.6
نام آزمایش : گرماسنجی 2
(محاسبه گرمای ویژه جسم جامد)
مقدمه نظری:
گرما انرژی منطقه از یک دستگاه به دستگاه دیگر است که از اختلاف دمای بین دو دستگاه تشخیص داده میشود وظرفیت گرمایی ویژه، مقدارگرمایی است که باید به واحد جرم جسمی داده شود تا دمای آن یک درجه ی سانتی گراد افزایش یابد و آنرا با c نمایش می دهند و واحدهای آن gċ \cal و kgċ \j می باشند.در آزمایش هایی که با گرماسنج سروکار دارند معمولا مقداری از گرما بوسیله اجزای خود گرماسنج جذب میشود و در آنها ذخیره می گردد که باید آنرا در محاسبات وارد نمود. این مقدار گرما مربوط به حرارت ظرف، همزن و دماسنج و ... میباشد.
رابطه ظرفیت گرمایی: A=mi ci مجموع = m1 c1 + m2 c2 +
در این رابطه، mi جرم اجسام موجود در در گرماسنج و ci گرمای ویژه مربوط به آنهاست.
با کمک تبادل گرمایی که بین اجسام صورت میگیرد و با استفاده از این اصل در تبادل گرمایی، مقدار انرژی گرمایی گرفته شده توسط جسم سرد دقیقا برابر مقدار گرمایی است که جسم گرم ازدست میدهد،میتوان ظرفیت گرمایی یک جسم رامحاسبه نمودیعنی داریم:
انرژی گرمایی = Q = mC∆T
گرمای از دست رفته Q1 = Q2 گرمای گرفته شده
m 1 C1 T1 = m2 C2 T2 + …
روش کار:
1: در شروع کار گرماسنجی را که در اختیار داشتیم کاملا خشک کردیم و سپس به وسیله بشر مقدار cm3 200 آب سرد را در داخل آن ریختیم سپس گرماسنج و آب را باهم وزن کردیم: M2: 1036 gr 2: دمای آب سرد داخل گرماسنج رانیز اندازه گیری کردیم که T1: 24.5 درجه سانتیگراد
سپس با کمک رابطه (M = m2 – m1) که در آن جواب برابر با جرم آب سرد داخل گرماسنج بود، را به دست آوردیم: 1036 – 845 = 191 gr
3: وزن گلوله را نیز بدست آوردیم که برابر بود با m = 58 gr
4: گلوله را داخل بشر قرار دادیم و و گلوله را در آن غرق کردیم و سپس آب را تا دمای 60 درجه رساندیم، در این صورت دمای گلوله نیز برابر با 60 درجه شد. T3
5: حالا گلوله مورد نظر را به سرعت داخل گرماسنج محتوی آب سرد انتقال دادیم و سپس آب درون آنرا نیز هم زدیم و در این صورت دمای تعادل برابر شد با: T2 = 26 درجه
6: و در آخر نیز با استفاده از رابطه زیر مقدار گرمای ویژه گلوله (C ) را به دست آوردیم:
C = (( Mc + A ) . ( T2 – T )) \ m ( T3 – T2 )
(( 191 + 20) . ( 26 – 24.5 )) \ 58 ( 60 – 26 ) = 0.16
نام آزمایش: کشش سطحی
درک ساده ازنیروی کشش سطحی وبررسی تغییرضریب کشش سطحی مایعات با افزایش دما
مقدمه نظری:
اگر مولکول های یک مایع بخواهند در فاصله دورتری از فاصله طبیعی از یکدیگر قرار گیرند، نیروهای چسبندگی بین آنها می کوشند آنها را به یکدیگر نزدیک کنند. این همان چیزی است که در سطح مایع روی می دهد این نیرو ها سطح را وا میدارند که به مانند یک پوسته کشیه شده رفتار کند و این اثر را کشش سطحی می نامیم.
مقدار نیرویی که بر واحد طول از محیط اتصال تاثیر می کند ضریب کشش سطحی نامیده می شود و آنرا با (γ) نشان می دهند. اگر هنگام چکیدن قطرات مایع از درون لوله ای به قطر (r 2)، جرم یک قطر را (m) در نظر می گیریم، و برای به دست آوردن ضریب کشش سطحی طبق قانون خواهیم داشت: ( I )
روش کار:
آزمایش (1): محاسبه ضریب کشش سطحی مایعات
در این آزمایش با استفاده از رابطه (I) ضریب کشش سطحی آب را به دست می آوریم:
1: بشر کوچک را وزن کردیم و جرم آن برابر است با m1 = 52.39 gr
2: دکانتور را تا حدود cm3 150 آب ریخته و بشر بزرگ را زیر آن قرار می دهیم و شیر دکانتور را کاملا باز می کنیم تا دهانه پایین دکانتور از آب پر شود و سپس دکانتور را طوری تنظیم می کنیم که آب از آن به صورت قطره ای بچکد.
3: جای بشر بزرگ را با بشر کوچک عوض می کنیم و تعداد 50 قطره آب را در داخل بشر کوچک می ریزیم.
4: جرم بشر کوچک + 50 قطره آب را با هم اندازه می گیریم و داریم: m2 = 58.84 gr
5: سپس با استفاده از فرمول مقدار وزن یک قطره را به دست می آوریم
m = m2 - m1 \ 50 = (58.84 – 52.39) \ 50 = 0.129 gr
6: شعاع داخلی دکانتور برابر است با 0.275 cm
7: با استفاده ازفرمول(I)مقدارγرادردستگاهC.G.S بر حسب dyne\cm بدست می آوریم:
γ = 0.129 * 981 \ 5.8 * 0.275 = 79.34
آزمایش (2): محاسبه ضریب کشش سطحی مایعات در دمای 70 درجه
در این آزمایش ما تمام مراحل را تکرار می کنیم فقط با این تفاوت که دمی آب را به 70 درجه می رسانیم و سپس آب گرم را در داخل دکانتور می ریزیم و مقدار γ را برای آب گرم اندازه گیری می کنیم و داریم:
γ = 0.1166 * 981 \ 5.8 * 0.275 = 71.71
ماازاین آزمایش نتیجه میگیریم کهγبرای آبگرم کمتر از مقدار آن برای آب سردتر میباشد.
محاسبه خطا:
برای محاسبه خطای نسبی در آزمایش 1 و 2 از رابطه زیر استفاده می کنیم:
∆γ \ γ = (∆m \ m) + (∆r \ r)
در رابطه فوق ∆m دقت ترازو و ∆r دقت کولیس می باشد.
∆r = 0.002 cm , ∆m = 0.01 gr
∆γ حداکثر میزان انحراف ضریب کشش سطحی را نشان می دهد که آنرا یکبار برای آب سرد و یکبار برای آب گرم به دست می آوریم و داریم:
∆γ سرد ={ (0.01 \ 0.129) + (0.002 \ 0.275) } * 79.34 = 11.92
∆γ گرم ={ (0.01 \ 0.116) + (0.002 \ 0.275) } * 71.71 = 11.36
نام آزمایش: قانون ارشمیدس
مقدمه نظری:
طبق قانون ارشمیدس هر جسمی که در سیالی قرار گیرد، به اندازه وزن سیال هم حجم جسم از وزنش کاسته می شود به عبارت دیگر نیرویی از طرف سیال به جسم وارد می شود و این نیرو باعث می شود که وزن جسم در داخل سیال کمتر از مقدار وزن واقعی آن به نظر رسد. وقتی جسمی بر روی سیال به حالت شناور و یا در داخل آن به حالت غوطه ور قرار گیرد میتوان نوشت:
نیروی وزن سیال هم حجم جسم = نیروی ارشمیدس F = W = mg = p1 v1 g
که دراین رابطهFنیروی ارشمیدس،p1چگالی سیال،v1حجم قسمتی از جسم است که درداخل سیال قرارمیگیرد.
محاسبه چگالی با کمک قانون ارشمیدس:
الف: چگالی مایعات:اگروزن جسمی که درداخل سیال قرارگیرد،مقدارنیروی ارشمیدس وارده ازسیال به جسم نیزبه همان اندازه تغییرمیکند، پس میتوان نوشت : P1 = m2 – m1\v2 – v1 رابطه 1
ب: چگالی مایعات: برای تمامی اجسامی که به حالت شناور در داخل سیال قرار می گیرند می توان چگالی جسم را به صورت زیر محاسبه کرد:
وقتی چوب به حالت تعادل قرارداشته باشدخواهیم نوشت:نیروی وزن چوب W= Fنیروی ارشمیدس
در حالت کلی داریم: p = p1 d \ h رابطه 2
روش کار:
آزمایش (1): ابتدا استوانه مدرج را تا mL 242 = v1 آب ریختیم وسپس آنرا وزن کردیم
gr 454 = m1 (ترازو جرم استوانه مدرج با آب را بر حسب گرم نشان می دهد). سپس استوانه ارشمیدس را به آرامی در داخل استوانه مدرج قرار دادیم. سپس مجددا حجم آب در داخل استوانه مدرج mL 265 = v2 و جرم آنرا gr 479 = m2 اندازه گرفتیم؛ و سپس با کمک رابطه 1 چگالی آب را محاسبه نمودیم: p = (479-454)\(265-242) = 1.08
آزمایش (2): مانند آزمایش 1 عمل کرده و فقط به جای آب از الکل استفاده نمودیم و داریم:
mL 155 = v1 و mL 175 = v2 و gr 350 = m1 و gr 366 = m2 >>> p = 0.81
آزمایش (3): تخته ای را که در اختیار داشتیم به آرامی در داخل آب قرار دادیم و ملاحظه کردیم که قسمتی از آن در داخل آب فرو رفت، با استفاه از خط کش ارتفاع کل چوب cm 3.8h = و ارتفاع خیس شدن چوب cm 1.9 d = را در رابطه 2 قرار دادیم و داریم: p = (1 * 1.9) \ 3.8 = 0.51
نام آزمایش: فنر
(تعیین ثابت فنر به دو روش و محاسبه ثابت فنر معادل در حالت سری و موازی)
مقدمه نظری:
هر گاه به فنر سالمی که در حالت عادی قرار دارد نیرئوی خارجی اثر کنداین نیرو باعث تغییر طول فنر می شود، و از طرف فنر نیز نیرویی اثر خواهد کردکه با تغییر طول نسبی فنر متناسب است و آنرا نیروی کشسانی فنر می نامند: F = - K x
در این رابطه K ثابت کشسانی نامیده می شود که برای هر فنر مقدار آن متفاوت می باشد.
برای محاسبه ثابت فنر دو روش زیر وجود دارند:
الف) محاسبه ثابت فنر با استفاده از تغییر نسبی طول فنر به ازاء نیروهای مختلف (روش ایستایی):
در این روش وزنه های دلخواه را به فنر آویزان می کنیم و آنرا به آرامی به سمت پایین می آوریم تا در حالت تعادل قرار گیرد، اگر تغییر طول ایجاد شده در فنر x باشد، در این صورت داریم: K = mg\x
ب) استفاده از نوسانات فنر(روش دینامیکی):
در این روش وزنه هایی را به فنر آویزان میکنیم و آنرا به حالت تعادل در می آوریم سپس اندکی آنرا از حالت تعادل خارج کرده و به سمت پایین می کشیم و سیستم شامل وزنه و فنر شروع به نوسان خواهد کرد در اینصورت میتوان نوشت: d2 x\d t2 + k x\m = 0
این عبارت یک معادله خطی دیفرانسیل خطی مرتبه دوم است که نشان دهنده نوسانی بودن حرکت جسم می باشد می توانیم k را طور دیگری نیز محاسبه نماییم:
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 23 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله گزارش آزمایشگاه فیزیک
