استخدام الزنبرك في تحقيق قانون هوك وتعيين عجلة الجاذبية الأرضية

الأجهزة :

زنبرك مثبت به مؤشر أمام تدريج رأسي، أثقال، حامل أثقال، ساعة إيقاف.

 

الجزء الأول : تحقيق قانون هوك :

الهدف :

دراسة العلاقة التي تربط بين الثقل والاستطالة.

نظرية التجربة :

ينص قانون هوك على أن الاستطالة تتناسب مع الثقل وفي هذه التجربة نستخدم لتحقيق هذا القانون زنبرك متصل بكفة أو بحامل أثقال ونوجد العلاقة البيانية بين الاستطالة والثقل ومنها يمكن تعيين معامل المرونة.

 خطوات العمل :

1-       تأكد من أن الزنبرك معلقاً تعليقاً حراً وسجل قراءة التدريج أمام طرف المؤشر عندما تكون الكفة خالية من الأثقال.

2-       أضف أثقال إلى الكفة بالتدريج. إبدأ بـ 50 جم ثم أضف 10 جم إلى أن تصل 120 جم وفي كل مرة سجل قراءة المؤشر.

3-       إبدأ في إنقاص الأثقال تدريجياً (120جم، 110جم، 100جم،...) وفي كل مرة سجل قراءة المؤشر أمام الثقل المناظر له.

4-       احسب متوسط قراءة المؤشر ومن ثم احسب الاستطالة () الناتجة عن كل ثقل حيث :

        ()   = متوسط قراءة المؤشر – قراءة المؤشر عندما تكون الكفة خالية من الأثقال.

5-       ارسم العلاقة بين الاستطالة بالمتر وكتلة الثقل بالكيلو جرام.

6-       أوجد ميل الخط المستقيم () وهو يساوي في هذه الحالة الاستطالة الحادثة في الزنبرك بالمتر لكل كيلو جرام من الثقل.

ثانياً : تعيين عجلة الجاذبية الأرضية :

الهدف : دراسة الحركة التوافقية البسيطة للزنبرك.

نظرية التجربة :

إذا علق ثقل في نهاية زنبرك رأسي ثم أزيح الزنبرك لأسفل قليلاً عن موضع سكونه وترك فإنه يتذبذب لأعلى ولأسفل حول موضع سكونه ويعمل حركة توافقية بسيطة، ويتوقف زمن ذبذبته () على كتلة الثقل المعلق وعجلة الجاذبية الأرضية تبعاً للعلاقة :

                                         

حيث :

    =عجلة الجاذبية الأرضية.

    = الاستطالة لكل كيلو جرام أي ميل الخط في الجزء الأول من التجربة.

     = كتلة الأثقال.

     = الكتلة الفعالة للزنبرك +كتلة الكفة أو حامل الأثقال.

وبتربيع الطرفين فإن :

                                                                   

 وهي علاقة خط مستقيم بين.

وميل الخط المستقيم :

  

ومن ذلك نوجد :

       

 

خطوات العمل :

1-   أضف أثقال مناسبة إلى الكفة (50-70 جم) واجذب الزنبرك لأسفل قليلاً، وأتركه ليتذبذب فإذا لم تتمكن من متابعة حركته أضف أثقالاًَََ أخرى، وأوجد زمن 20 ذبذبة كاملة لاستخدام ساعة إيقاف ومن ثم أحسب زمن الذبذبة الواحدة  المناظر للكتلة .

2-   كرر الخطوة السابقة عدة مرات بزيادة كتلة الأثقال في كل مرة مراعياً ألا تستخدم كتل كبيرة لا ينطبق عندها قانون هوك، سجل نتائجك في جدول العلاقة بين .

3-   أرسم العلاقة البيانية بين () على المحور الرأسي، () على المحور الأفقي حتى تحصل على خط مستقيم، وأوجد ميله () ومن ثم أحسب عجلة الجاذبية الأرضية.

4-       أوجد النسبة المئوية للخطأ في ().

النتائج :

أولاً : تحقيق قانون هوك

قراءة المؤشر عندما تكون الكفة خالية من الأثقال =

الاستطالة(m)

متوسط قراءة المؤشر

قراءة المؤشر بإنقاص الأثقال

قراءة المؤشر بزيادة الأثقال

(kg)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

من الرسم البياني :

نستنتج أن الاستطالة............... وهذا.............. قانون هوك

                               

 

ثانياً : تعيين الجاذبية الأرضية

(s2)

(s)

زمن 20 ذبذبة (s)

(kg)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

من الرسم البياني :

                                          

                                          =      =        الخطأ في تحديدg                                               


الصفحة السابقة