Зборник радова 6. Међународне конференције о настави физике у средњим школама, Алексинац, март Одређивање коефицијента пригушења у ваздуху

Слични документи
Зборник радова 6. Међународне конференције о настави физике у средњим школама, Алексинац, март Нелинеарно еластично клатно Милан С. Коваче

ДРУШТВО ФИЗИЧАРА СРБИЈЕ МИНИСТАРСТВО ПРОСВЕТЕ И СПОРТА РЕПУБЛИКЕ СРБИЈЕ Задаци за републичко такмичење ученика средњих школа 2006/2007 године I разред

Microsoft PowerPoint - fizika 9-oscilacije

Динамика крутог тела

48. РЕПУБЛИЧКО ТАКМИЧЕЊЕ ИЗ ФИЗИКЕ УЧЕНИКА СРЕДЊИХ ШКОЛА ШКОЛСКЕ 2009/2010. ГОДИНЕ I РАЗРЕД Друштво Физичара Србије Министарство Просвете Републике Ср

NAPREDNI FIZIČKI PRAKTIKUM 1 studij Matematika i fizika; smjer nastavnički SLOBODNO I PRISILNO TITRANJE

Зборник радова 6. Међународне конференције о настави физике у средњим школама, Алексинац, март Радионица Методе проучавања принудних и при

Pitanja za pripremu i zadaci za izradu vježbi iz Praktikuma iz fizike 1 ili Praktikuma iz osnova fizike 1, I, A za profesorske

Broj indeksa:

Република Србија МИНИСТАРСТВО ПРОСВЕТЕ, НАУКЕ И ТЕХНОЛОШКОГ РАЗВОЈА ЗАВОД ЗА ВРЕДНОВАЊЕ КВАЛИТЕТА ОБРАЗОВАЊА И ВАСПИТАЊА школска 2017/2018. година ТЕС

ЛИНЕАРНА ФУНКЦИЈА ЛИНЕАРНА ФУНКЦИЈА у = kх + n А утврди 1. Које од наведених функција су линеарне: а) у = 2х; б) у = 4х; в) у = 2х 7; г) у = 2 5 x; д)

STABILNOST SISTEMA

9. : , ( )

Microsoft Word - GRAFICI TRIGONOMETRIJSKIH FUNKCIJA-II deo.doc

Microsoft PowerPoint - Odskok lopte

Microsoft Word - ETH2_EM_Amperov i generalisani Amperov zakon - za sajt

III разред ТАКМИЧЕЊЕ ИЗ ФИЗИКЕ УЧЕНИКА СРЕДЊИХ ШКОЛА ШКОЛСКА 2018/19. ГОДИНА Друштво физичара Србиjе и Министарство просвете, науке и технолошког разв

III разред ТАКМИЧЕЊЕ ИЗ ФИЗИКЕ УЧЕНИКА СРЕДЊИХ ШКОЛА ШКОЛСКА 2018/19. ГОДИНА Друштво физичара Србиjе и Министарство просвете, науке и технолошког разв

Toplinska i električna vodljivost metala

Pismeni ispit iz MEHANIKE MATERIJALA I - grupa A 1. Kruta poluga AB, oslonjena na oprugu BC i okačena o uže BD, nosi kontinuirano opterećenje, kao što

Slide 1

PRIMER 1 ISPITNI ZADACI 1. ZADATAK Teret težine G = 2 [kn] vezan je užadima DB i DC. Za ravnotežni položaj odrediti sile u užadima. = 60 o, β = 120 o

Numeričke metode u fizici 1, Projektni zadataci 2018./ Za sustav običnih diferencijalnih jednadžbi, koje opisuju kretanje populacije dviju vrs

Microsoft Word - 4.Ucenik razlikuje direktno i obrnuto proporcionalne velicine, zna linearnu funkciju i graficki interpretira n

El-3-60

Ravno kretanje krutog tela

Microsoft PowerPoint - predavanje_sile_primena_2013

?? ????????? ?????????? ?????? ?? ????????? ??????? ???????? ?? ??????? ??????:

Задатак 4: Центрифугална пумпа познате карактеристике при n = 2900 min -1 ради на инсталацији приказаној на слици и потискује воду из резервоара А у р

Sveučilište J.J. Strossmayera Fizika 2 FERIT Predložak za laboratorijske vježbe Određivanje relativne permitivnosti sredstva Cilj vježbe Određivanje r

PowerPoint Presentation

1

ТЕСТ ИЗ ФИЗИКЕ ИМЕ И ПРЕЗИМЕ 1. У основне величине у физици, по Међународном систему јединица, спадају и следеће три величине : а) маса, температура,

Elektronika 1-RB.indb

Microsoft PowerPoint - fizika2-kinematika2012

Sveučilište J.J. Strossmayera Fizika 2 FERIT Predložak za laboratorijske vježbe Lom i refleksija svjetlosti Cilj vježbe Primjena zakona geometrijske o

Лабораторијске вежбе из Физике

ЕНЕРГЕТСКИ ТРАНСФОРМАТОРИ

mfb_jun_2018_res.dvi

Fizika_emelt_irasbeli_javitasi_1311_szerb

Републички педагошки завод Бања Лука Стручни савјетник за машинску групу предмета и практичну наставу Датум: године Тема: Елементи и начин

СТРАХИЊА РАДИЋ КЛАСИФИКАЦИJА ИЗОМЕТРИJА И СЛИЧНОСТИ Према књизи [1], свака изометриjа σ се може представити ком позици - jом неке транслациjе за векто

АНАЛИЗА ПРОБЛЕМА ТЕРМИЧКЕ ДИЛАТАЦИЈЕ L КОМПЕНЗАТОРА ПРЕМА СТАНДАРДУ AD 2000 И ДРУГИМ МЕТОДАМА Милан Травица Иновациони центар Машински факултет Универ

Microsoft Word - NULE FUNKCIJE I ZNAK FUNKCIJE.doc

PowerPoint Presentation

Sveučilište J.J. Strossmayera Fizika 2 FERIT Predložak za laboratorijske vježbe Cilj vježbe Određivanje specifičnog naboja elektrona Odrediti specifič

Математика основни ниво 1. Одреди елементе скупова A, B, C: a) б) A = B = C = 2. Запиши елементе скупова A, B, C на основу слике: A = B = C = 3. Броје

Microsoft PowerPoint - fizika 4-rad,snaga,energija2014

Microsoft Word - Molekuli-zadaci.doc

MATEMATIKA EKSTERNA PROVJERA ZNANJA UČENIKA NA KRAJU III CIKLUSA OSNOVNE ŠKOLE UPUTSTVO VRIJEME RJEŠAVANJA TESTA: 70 MINUTA Pribor: grafitna olovka i

Математика 1. Посматрај слику и одреди елементе скуупова: а) б) в) средњи ниво А={ } B={ } А B={ } А B={ } А B={ } B А={ } А={ } B={ } А B={ } А B={ }

1. Vrednost izraza jednaka je: Rexenje Direktnim raqunom dobija se = 4 9, ili kra e S = 1 ( 1 1

Microsoft Word - 7. cas za studente.doc

Microsoft Word - Elektrijada_V2_2014_final.doc

Microsoft Word - Fizika_kozep_irasbeli_javitasi_1011_szerb.doc

Microsoft Word - KVADRATNA FUNKCIJA.doc

Microsoft Word - Ispitivanje toka i grafik funkcije V deo

Microsoft Word - Dopunski_zadaci_iz_MFII_uz_III_kolokvij.doc

Microsoft Word - PARNOST i NEPARNOST FUNKCIJE.PERIODICNOST

Република Србија МИНИСТАРСТВО ПРОСВЕТЕ, НАУКЕ и технолошког развоја ЗАВОД ЗА ВРЕДНОВАЊЕ КВАЛИТЕТА ОБРАЗОВАЊА И ВАСПИТАЊА ЗАВРШНИ ИСПИТ НА КРАЈУ ОСНОВН

mfb_april_2018_res.dvi

Matematka 1 Zadaci za vežbe Oktobar Uvod 1.1. Izračunati vrednost izraza (bez upotrebe pomoćnih sredstava): ( ) [ a) : b) 3 3

Romanian Master of Physics 2013 Теоријски задатак 1 (10 поена) Каменобил Фред и Барни су направили аутомобил чији су точкови две идентичне призме са к

Microsoft Word - 6ms001

Microsoft PowerPoint - Teorija kretanja vozila-predavanje 4.1.ppt

М А Т Е М А Т И К А Први разред (180) Предмети у простору и односи међу њима (10; 4 + 6) Линија и област (14; 5 + 9) Класификација предмета према свој

Microsoft Word - TPLJ-januar 2017.doc

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - kolovoz ni\236a razina - rje\232enja)

Analiticka geometrija

Техничко решење: Метода мерења реактивне снаге у сложенопериодичном режиму Руководилац пројекта: Владимир Вујичић Одговорно лице: Владимир Вујичић Аут

PowerPoint Template

XIII. Hrvatski simpozij o nastavi fizike Istraživački usmjerena nastava fizike na Bungee jumping primjeru temeljena na analizi video snimke Berti Erja

RG_V_05_Transformacije 3D

Kvadrupolni maseni analizator, princip i primena u kvali/kvanti hromatografiji

PITANJA I ZADACI ZA II KOLOKVIJUM IZ MATEMATIKE I Pitanja o nizovima Nizovi Realni niz i njegov podniz. Tačka nagomilavanja niza i granična vrednost(l

MATEMATIKA EKSTERNA PROVJERA ZNANJA UČENIKA NA KRAJU III CIKLUSA OSNOVNE ŠKOLE UPUTSTVO VRIJEME RJEŠAVANJA TESTA: 70 MINUTA Pribor: grafitna olovka i

СТЕПЕН појам и особине

Primjena neodredenog integrala u inženjerstvu Matematika 2 Erna Begović Kovač, Literatura: I. Gusić, Lekcije iz Matematike 2

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - svibanj osnovna razina - rje\232enja)

(Microsoft Word - Rje\232enja zadataka)

Microsoft PowerPoint - fizika 4-rad,snaga,energija

Z

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - lipanj osnovna razina - rje\232enja)

Република Србија МИНИСТАРСТВО ПРОСВЕТЕ, НАУКЕ И ТЕХНОЛОШКОГ РАЗВОЈА ЗАВОД ЗА ВРЕДНОВАЊЕ КВАЛИТЕТА ОБРАЗОВАЊА И ВАСПИТАЊА ЗАВРШНИ ИСПИТ НА КРАЈУ ОСНОВН

ТРОУГАО БРЗИНА и математичка неисправност Лоренцове трансформације у специјалној теорији релативности Александар Вукеља www.

Život i delo Isaka Njutna

ИСПИТНА ПИТАЊА ЗА ПРВИ КОЛОКВИЈУМ 1. Шта проучава биофизика и навести бар 3 области биофизике 2. Основне физичке величине и њихове јединице 3. Појам м

1

Microsoft Word - Elektrijada_2008.doc

Celobrojno programiranje Rešavamo sledeći poblem celobrojnog programiranja: min c T x Ax = b x 0 x Z n Gde pretpostavljamo da je A celobrojna matrica

(Microsoft Word - Dr\236avna matura - studeni osnovna razina - rje\232enja)

Орт колоквијум

Microsoft Word - Algebra i funkcije- napredni nivo doc

Microsoft Word - TAcKA i PRAVA3.godina.doc

Z-16-32

Univerzitet u Beogradu Elektrotehnički fakultet Katedra za energetske pretvarače i pogone ISPIT IZ SINHRONIH MAŠINA (13E013SIM) 1. Poznati su podaci o

Математика напредни ниво 1. Посматрај слике, па поред тачног тврђења стави слово Т, а поред нетачног Н. а) A B б) C D в) F E г) G F д) E F ђ) D C 2. О

My_ST_FTNIspiti_Free

Техничко решење: Метода мерења ефективне вредности сложенопериодичног сигнала Руководилац пројекта: Владимир Вујичић Одговорно лице: Владимир Вујичић

Транскрипт:

Одређивање коефицијента пригушења у ваздуху помоћу линеарног хармонијског осцилатора Соња Ковачевић 1, Милан С. Ковачевић 2 1 Прва крагујевачка гимназија, Крагујевац, Србија 2 Природно-математички факултет, Крагујевац, Србија Апстракт. Линеарни хармонијски осцилатор је изузетно важан пример периодичног кретања, који служи као тачан или као приближан модел за многе компликованије системе у класичној и квантној физици. У раду је презентован експеримент са тегом масе m који је учвршћен на једном крају еластичне опруге. Ако осцилатор изведемо из равнотежног положаја а затим га препустимо деловању унутрашњих сила, он врши хармонијске осцилације. Међутим, како је у реалном систему сила трења увек присsутна, амплитуда се смањује са временом, и тада говоримо о пригушеним осцилацијама. Због присуства силе трења долази до повећања периода осциловања. Мерењем периода осциловања T и константе опруге k одређен је коефицијент пригушења и одговарајућа грешка мерења. Кључне речи: еластична опруга, пригушене хармонијске осцилације, период. НЕПРИГУШЕНЕ ХАРМОНИЈСКЕ ОСЦИЛАЦИЈЕ Ако тег изведемо из равнотежног положаја (слика 1), а затим га препустимо деловању унутрашњих сила, онда он врши слободне осцилације. Величине којима се описује осцилаторно кретање су период, елонгација, амплитуда и фреквенција. Као пример хармонијских осцилација може да послужи тег масе m који је учвршћен на једном крају еластичне опруге константе k (видети слику 1). У овом примеру маса опруге се занемарује. СЛИКА 1. Осциловање тега окаченог о еластичну опругу. Ако тело крене из равнотежног положаја онда је једна осцилација одређена следећим положајима тела: A-R-B-R-A. 103

Када се тег помери из равнотежног положаја (деловањем спољашњих сила) па затим пусти, једина сила (унутрашња) је сила еластичнe опруге: F e k x, где је x елонгација, а k константа еластичности опруге. Смисао знака - у изразу за силу указује да је смер ове силе увек ка равнотежном положају. Решавањем једначине кретања система, ma k x, добија се решење у облику 0 0 0 x x sin t. (1) где је x 0 амплитуда осциловања, 0 почетни угао (фазни помак), а 0 k/ m кружна учестаност (фреквенција) сопствених осцилација. Ако графички прикажемо решење (1) добићемо криву са слике 1. Овде је T0 период осциловања је, док је почетна фаза у овом примеру 0 0. ПРИГУШЕНЕ ХАРМОНИЈСКЕ ОСЦИЛАЦИЈЕ У реалном систему сила трења је увек присутна што доводи до смањења амплитуде у току времена. Тада говоримо о пригушеним осцилацијама. У овом случају једначина кретања добија још један члан који урачунава и ову силу, тј. ma kx bv, где је b коефицијент отпора ваздуха. Решење ове једначине је t 0 1 0 x x e sin t. (2) где је x 0 почетна амплитуда, e основа природног логаритма, коефицијент пригушења, 1 кружна фреквенција пригушеног осциловања [1,2]. Коефицијент пригушења зависи од коефицијента отпора средине b и масе осцилатора m тј. b/ (2 m). Угаона фреквенција зависи од особина средине и осцилатора где је 0 k/ m сопствена 2 2 1 0 фреквенција осцилатора. Ако графички прикажемо решење (2) добићемо криву са слике 2. 104 СЛИКА 2. Осцилације пригушеног осцилатора.

ОДРЕЂИВАЊЕ КОЕФИЦИЈЕНТА ПРИГУШЕЊА Као што смо већ рекли, сила трења, попут отпора ваздуха, пригушује све стварне осцилаторе. Маса на опрузи с благим пригушењем (слика 1), која је покренута у тренутку t 0, вршиће пригушене осцилације чија амплитуда опада са временом по закону A() t x0e t, где је x 0 почетна амплитуда. Присуство силе трења доводи до повећања периода осциловања, који је у овом случају дат формулом 2 2 T. (3) 2 2 1 0 Апаратура је релативно једноставна, и састоји се од опруге везане за држач на стубу, о коју може да се окачи тег одређене масе. На стубу се може окачити и скала на којој можемо очитавати дужину истезања опруге. Најпре је потребно одредити коефицијент еластичности опруге, тј. константу k. Као што је познато, еластична опруга се издужује сразмерно интензитету силе који на њу делује. Тако, уколико је дошло до истезања опруге за дужину x, на опругу је деловала сила интензитета F, где је F kx. О слободан крај опруге који виси, постепено додавати тегове различите масе, и мерити истезање опруге. Ради смањења грешке, поступак очитавања истезања опруге поновити три пута. У наше, случају, измерене вредости су приказане у табели 1. Табела 1: Одређивање константе еластичности опруге. Р. бр. m (kg) F (N) xi (mm) x (mm) 41 1 0,499 4,90 40 41 40,7 98 2 0,995 9,76 97 97 97,3 158 3 1,499 14,71 156 157 157 218 4 2 19,62 217 217 217,3 На основу вредности из табеле 1 нацртати график зависности F f ( x). Са графика очитати коефицијент правца праве, који тада представља тражени коефицијент еластичности опруге k. Уцртавањем парова вредности (x,f) из табеле 1, и повлачењем што могуће боље праве кроз те тачке, добијен је график на слици 3. Изабирањем две тачке са графика ( x1, F 1) и ( x2, F 2) може се израчунати вредност коефицијента еластичности опруге по формули F1 F2 k. x x 1 2 105

СЛИКА 3. Графичка зависност силе од истезања опруге. Вредност коефицијента еластичности опруге налазимо са графика, и износи 83,29 N/m. За одређивање константе пригушења потребно је о опругу окачити тег чију масу m смо иземерили вагом. Ако тег лаганим повлачењем наниже изведемо из равнотежног положаја, затим га пустимо он врши пригушено хармонијско осциловање (једначина 2). Потребно је измерити укупно време t за које систем направи n (обично 50) осцилација. Период осцииловања се рачуна као T t / n. Мерење времена t спровести три пута, а период осциловања изразити као средњу вредност резултата добијених у ова три мерења. Константу пригушења израчунати из формуле (3) узимајући да је 0 k/ m. У нашем случају, за тег масе m 2kg, и опругу еластичности k 83,3N/m, укупно време за које тег направи n=50 осцилација износи t 49,3s, тј. период осциловања износи T t / n 0, 986s. Помоћу формуле (3) налазимо вредност за кофицијент пригушења : 2 2 4-1 1, 0421s. 2 T ИЗРАЧУНАВАЊЕ ГРЕШАКА МЕРЕЊА Грешку мерења за константу еластичности k можемо израчунати помоћу формуле 106

k 2 F 2 x k F F x x 1 2 1 2 За грешку F можемо узети и најмањи подеок са графика на оси F (ово је оправдано с обзиром да смо вредности за F 1 и F 2 директно очитавали са графика), док за x можемо узети најмањи подеок на лењиру, који у нашем случају износи 1 mm. Грешку мерења за коефицијент пригушења можемо израчунати на основу формуле T T k m T t где је 2 и. Узимањем у обзир бројних вредности за t 0,1s и k m T t 1 m 1g, налазимо да је 0, 006s. Коначно, коефицијент пригушења је 1,042 0,006 s -1. На слици 4 је приказан експеримент са линеарним хармонијским осцилатором. Експеримент има и ардуино додатак који омогућава праћење и бележење елонгације у реалном времену.. СЛИКА 4. Експеримент са линеарним хармонијским осцилатором. 107

ЗАКЉУЧАК У поређењу са демонстрационим огледима, може се рећи да је значај лабораторијских вежби још већи јер су ученици доведени очи у очи са физичком појавом, законом, методом или инструментима. Док раде вежбу, ученици су нужно активни и у знатној мери самостални [3,4]. При изради вежбе увек се постављају питања типа како, зашто, шта би се десило ако..., која иницирају код ученика интензивно размишљање. Док ученици врше мерења, наставник активно прати њихов рад, дискретно их надгледа и, кад затреба, објашњава и помаже. При обради резултата мерења ученици се придржавају правила за табеларни приказ података, цртање графика, израчунавање заокружених вредности и грешака мерења, са чим наставник треба да их упозна унапред или да их да уз писана упутсва за вежбу. У задатку описаном у овом раду, поред графичког одређивања коефицијента еластичности опруге препоручујемо и метод најмањих квадрата [6], који ученици могу реализовати за домаћи задатак. ЛИТЕРАТУРА 1. Н. Каделбург, В. Рапаић, Физика 3, Круг 2011, 1-38. 2. C. Kittel, W. D. Knight, M. A. Ruderman, Mechanics, Berkeley Physics Course 1, McGraw-Hill, 1973, 117-139. 3. Љ. Нешић, Школски експеримент у физици, Симпозијум - Експеримент у средњошколској настави физике, Алексинац, 21-23. фебруар 2014, Зборник радова 17-27. 4. Ј. Дојчиловић, С. Ивковић, Експерименти и демонстрациони огледи из физике I, II, Београд, 2007. 5. http://mathworld.wolfram.com/leastsquaresfitting.html 108