מעבדה ממוחשבת מתקף ושינוי תנע. מטרת הניסוי .1לאשר את משוואת הקשר בין המתקף לשינוי התנע של הגוף. .2מציאת הגרף של המתקף כתלות בזמן ולהסביר את משמעותו. רקע תאורטי בהתנגשות בין הגופים פועל ביניהם כוח במשך פרק זמן מסוים .מכיוון שהכוח הפועל משתנה במהלך ההתנגשות ניתן לחשב את המתקף של הכוח בעזרת אינטגרל על פי הזמן .כאשר פועל כוח חיצוני על גוף משתנה התנע שלו .המשוואה המתארת את הקשר בין המתקף לשינויי תנע היא: J Fdt ΔP mVF mVI במקרה שלנו נחקור עגלה הנעה על מסילה ,מתנגשת במד כוח המעוגן לקצה המסילה וחוזרת .הכוח המופעל משתנה ועל כן עלינו לסכם את מכפלת הכוחות השונים בפרק הזמן שבו פעלו .גרף ההתנגשות נראה עקרונית כך: חישוב המתקף הכולל יעשה ע"י חישוב של השטחים החלקיים (הקירוב שטח של טרפז התרשים החלק השחור. ציוד מערכת מולטילוג עם חיישן כוח ושער אור מערכת דינמיקה כוללת מסילה עם חיכוך קטן ,עגלת דינמיקה עם "דגלון". מחזיק לשער האור ,כליבה לקיבוע המסילה ,סרגל. צילום המערכת: יש לשים לב כי בקדמת העגלה מחוברת צינורית שקופה שמטרתה להאריך את משך ההתנגשות ולקבל מספר מדידות המאפשר ניתוח של הניסוי. א .בניית המערכת. בניסוי זה עגלת הדינמיקה הנוסעת על מסילה חלקה תתנגש בחיישן כוח המחובר למחשב .מהירותה של העגלה לפני ההתנגשות ומיד לאחריה ,תחושב בעזרת שער אור ,אשר מודד את משך זמן מעברו של ה"דגלון" הנמצא על העגלה .חיישן שער אור מחובר גם הוא למחשב. חברו את מולטילוג למחשב. חברו את חיישן הכוח לכניסה 1של מולטילוג. חברו את שער האור לכניסה 2של מולטילוג. הציבו את חיישן הכוח בקצה המסילה .חיזקו אותו . הציבו את העגלה על המסילה וחברו את ה"דגל" לאורך העגלה. חברו את שער אור בגובה מתאים ,כך שה"דגלון" יחסום את מהלכה של הקרן אור של החיישן. בדקו שהעגלה מתנגשת במרכז של חיישן הכוח ויוצאת באופן מלא מתוך שער האור. הזיזו את שער האור למרחק הקרוב ביותר האפשרי לחיישן הכוח ,כך המהירות תימדד סמוך ביותר לנקודת ההתנגשות. ב .הרצת הניסוי .1הפעל את המולטילוג ,התחל את התוכנה בעזרת סמליל - יש לוודא שבכניסה 1מחובר חיישן כוח ובכניסה 2שער אור (מתח )0 – 5v יש לבחור אפס של חיישן הכוח במצב הנוכחי (חיישן הכוח צריך למדוד כוח עד 50ניוטון) יש לבחור קצב דגימה של 500דגימות בשנייה יש לבחור משך הזמן 4שניות . יש לחבר למערכת הן מד כוח (יש לכוון אותו ל 50ניוטון) והן שער אופטי .מסך האתחול יראה כך( :בצילום המסך נראה כיוון ל 10ניוטון שניתן לכוון רק לאחר הרצת ניסוי). בקצב הדגימה יש לבחור 500קריאות בשנייה .סה"כ זמן ניסוי 4שניות. במצב זה כמות הנתונים עצומה ועל מנת להימנע מנתוני סרק אנו מאתחלים ב"הפעלה מותנית" כאשר המערכת מתחילה לצבור נתונים רק כאשר השער האופטי "נחתך" על ידי הדגלון .יש ללחוץ על הפעלה מותנית. המשמעות היא שרק אם חיישן השער האופטי יהיה מעל 4.843וולט המערכת תצבור נתונים. יש להפעיל לניסיון כדי לבדוק שההדיפה אינה חזקה מידי. .2התחלו את המדידה בלחיצה על סמליל - וכעבור שנייה דחפו את העגלה לעבר חיישן הכוח. שימו לב כמות המידע היא עצומה ועל כן לא מתקבל גרף מיידית על המסך אלא הנתונים נאגרים בזיכרון ומועברים כעבור מספר שניות למסך. במצב זה הרישום יתחיל ממעבר הדגלון בפעם הראשונה. .3בתום ההרצה אחת על מסך המחשב מתקבל הגרף הבא: השער האופטי מראה מתח 5במצב שבו האור נחסם ועל כן יתקבלו שני מלבנים האחד בכניסת העגלה והשני ביציאת העגלה. ג .ניתוח תוצאות. (יש לרשום את תשובות בדו''ח מעבדה ) כדי להגדיל את הגרף לפני הניתוח .היעזר בסמליל - .1הסבר את צורת הגרף שהתקבל. .2מדוע בגרף המלבן הראשון צר יותר מהשני? .3רשום משוואה וקטורית המקשרת בין שינוי התנע של העגלה לבין המתקף שהפעיל עליה חיישן הכוח. .4הסבר כיצד ניתן למדוד את התנע של העגלה לפני ואחרי ההתנגשות? .5בחר כיוון ציר Xוסמן את כיווני התנע "לפני" ",אחרי" התנגשות ואת כיוון המתקף, שרטט. .6על סמך המשוואה שרשמת בסעיף ג 4-וכיוון הציר שבחרת רשום משוואה סקלרית הקושרת את שינוי התנע של העגלה ואת המתקף שמפעיל עליה חיישן הכוח. .7מדוד עם הסרגל את רוחב ה"דגלון" )Δl=____(m .8השתמש בסמלילים - ו- כדי למדוד את משך הזמן בו חצה הדגל את השער האור. רשום :זמן לפני ההתנגשות , t1=_____(sec) -זמן אחרי ההתנגשות – )t2=______(sec זמני הסתרת הדגלון ניתנים למציאה גם בקובץ אקסל. .9מדוד את מסת העגלהm=_______(kg) : .10בהנחה שתנועת העגלה דרך שער אור הייתה קצובה בקירוב ,חשב את מהירות העגלה. לפני ההתנגשות – )( .v1=___________(m/sהראה את החישוב) אחרי ההתנגשות – )(.v2=___________(m/sהראה את החישוב) .11חשב את שינוי התנע של העגלה.ΔP=_________________(kg·m/s) : . .12העבירו את הנתונים לתוכנת אקסל ע"י לחיצה על הצלמית .13השאירו את העמודה עם הנתונים של הזמן וכוח .יתר הנתונים ניתנים למחיקה. .14זהו בנתונים היכן מתחילה ההתנגשות בין העגלה ומד הכוח והיכן היא מסתיימת. .15הוסיפו 2עמודות נוספות של ( ΔJשינוי במתקף – חישוב השטח החלקי) והשנייה , JT המתקף הכולל( .ראה טבלה מצורפת – הנתונים בתוכה אקראיים) )t(sec 0.192 0.194 0.196 0.198 0.2 )F(N 0 0.00924 0.01203 0.01623 0.0203 )ΔJ(N 0 )JT(N·S 0 Fn Fn 1 .16הנוסחה שיש לרשום בעמודה ΔJהיא (tn tn 1) : 2 .17הנוסחה בעמודה Jהיא הסכום של .Jn-1+ΔJn . .18השווה את הערך של המתקף הכולל שפעל על הגוף כל זמן ההתנגשות (הערך האחרון בטור של סכום השינויים הכולל) לזה שחישבת בסעיף 11. .19חשב את אחוזי השגיאה שהתקבלה. .20שרטט גרף של המתקף הכולל כפונקציה של הזמן .מה המשמעות של שיפוע המשיק לגרף בכל נקודה. ד .חומר למחשבה .1כיצד ישתנה הגרף שקיבלת בעזרת מולטילוג ,אם נשנה את מהירות העגלה. לדוגמא -נגדיל אותה? .2בבניית המערכת התבקשת לקבע את חיישן הכוח אל השולחן .מה החשיבות של הדרישה הזאת? .3למה חשוב שהמסילה תהיה מקבילה (ללא שיפוע) לפני השולחן? .4למה התבקשת למקם את שער האור קרוב ככל האפשר לחיישן הכוח? .5כיצד ניתן להקטין את שגיאת הניסוי? .6מהן מסקנותיך בניסוי הזה?
