kracht en versnelling

Newton ‘ s tweede wet beschrijft de relatie tussen kracht en versnelling en deze relatie is een van de meest fundamentele concepten die van toepassing zijn op vele gebieden van de fysica en engineering.

F = ma is de wiskundige uitdrukking van Newton ‘ s tweede wet. Dit toont aan dat een grotere kracht nodig is om een object met een grotere massa te verplaatsen. Ook wordt aangetoond dat Voor een gegeven krachtversnelling omgekeerd evenredig is met de massa. Dat wil zeggen, met dezelfde toegepaste kracht versnellen kleinere massa ’s meer dan grotere massa’ s

hier zullen we u een experiment laten zien dat Newton ‘ s tweede wet valideert, waarbij krachten van verschillende grootte worden toegepast op een zweefvliegtuig op een bijna wrijvingsloos luchtspoor

voordat we ingaan op de details van hoe het experiment moet worden uitgevoerd, zullen we de concepten en wetten bestuderen die bijdragen aan data-analyse en interpretatie.

de installatie bestaat uit een luchtbaan, een zweefvliegtuig, een fotodeurtimer op een bekende afstand d van het startpunt, een katrol en een zeilbedieningsketting op de katrol.

indien men een gewicht aan het andere uiteinde van de kabel bevestigt en het werpt, zal het gewicht een kracht uitoefenen op het zeil waardoor het versnelt. Deze kracht wordt gegeven door Newton ‘ s tweede wet. Tegelijkertijd zal het de kracht van het gewicht zijn als gevolg van de versnelling van de zwaartekracht minus de trekkracht in de verbindingsketting het gewicht valt op het zeil. Deze trekkracht is de massa van het gewicht maal de versnelling van het zeil.

door de kracht op het zeil gelijk te stellen met de kracht van het gewicht, kan men de formule afleiden om theoretisch de versnelling van het zeil te berekenen.

de experimentele manier om de versnelling van de kaars te berekenen is met behulp van de fotoporte timer. Dit geeft ons de tijd die het zweefvliegtuig nodig heeft om de afstand d vanaf het startpunt te reizen. Met deze informatie kunt u de snelheid van het zeil berekenen en vervolgens, met behulp van deze kinematische formule, kunt u de omvang van de experimentele versnelling berekenen.

nu we de principes begrijpen, laten we eens kijken hoe we dit experiment daadwerkelijk kunnen uitvoeren in een fysisch lab

zoals eerder vermeld, gebruikt dit experiment een zweefvliegtuig dat verbonden is door een lijn die over een katrol loopt met een gewicht. Volg de zeilschuivers langs een lucht, die een luchtkussen creëert om de wrijving te verminderen tot verwaarloosbare niveaus.

naarmate het gewicht daalt, leidt de katrol de spanning op de lijn om om het zeil te trekken, dat aan de bovenkant een 10 cm lange vlag heeft. Een fotodeur op een bekende afstand van het beginpunt geeft aan hoeveel tijd de vlag nodig heeft om er doorheen te varen

uiteindelijke zeilsnelheid is de lengte van de vlag gedeeld door de tijd dat de vlag door de fotodeur gaat. Met de uiteindelijke snelheid van het zeil en de afgelegde afstand, is het mogelijk om de versnelling te berekenen.

start het experiment door de fotoporte-timer op de 100 cm-markering op het luchtspoor en het zweefvliegtuig op de 190 cm-markering te plaatsen. De slider heeft een massa van 200 gram. Houd het zeil zo vast dat het niet beweegt en voeg gewichten toe aan het einde van de ketting om de totale massa op te hangen is ook 10 gram

zodra de gewichten zijn geplaatst, laat het zweefvliegtuig zijn snelheid gedurende vijf runs registreren en bereken het gemiddelde. Gebruik kaarsmassa en ophanggewicht om experimentele en theoretische versnellingen te berekenen en de resultaten vast te leggen.

Voeg nu vier extra gewichten toe aan de kaars, waarbij de massa wordt verdubbeld tot 400 gram. Plaats het zweefvliegtuig op de 190 cm markering om het experiment te herhalen. Laat het zweefvliegtuig los en registreer je snelheid voor vijf runs. Nogmaals, bereken en registreer de gemiddelde snelheid en de experimentele en theoretische versnellingen.

voor de laatste reeks tests, verwijder de gewichten van de kaars zodat deze zijn oorspronkelijke massa van 200 g heeft. Voeg dan gewichten toe aan het hangende deeg tot je een nieuw deeg van 20 gram hebt. Herhaal het experiment nog vijf keer.

ten slotte, voeg meer gewicht toe aan de hangende massa tot 50 gram en herhaal dit experiment nog vijf keer.

bedenk dat de theoretische versnelling van het zeil gelijk is aan de versnelling als gevolg van de zwaartekracht g vermenigvuldigd met het massaquotiënt van het dalende gewicht en de massa het gewicht en het zweefvliegtuig samen. Zoals de theoretische waarden in deze tabel laten zien, neemt de versnelling af naarmate de massa van het zweefvliegtuig toeneemt.

omgekeerd neemt de versnelling toe naarmate de massa van de val in gewicht toeneemt als gevolg van overmacht. Merk op dat de door deze vergelijking voorspelde versnellingen een maximumwaarde van g kunnen hebben, die 9,8 meter per seconde kwadraat is.

laten we nu eens kijken hoe we de experimentele versnelling kunnen berekenen. De eerste test gebruikt bijvoorbeeld een zweefvliegtuig van 200 gram en een gewicht van 10 gram. De gemiddelde snelheid na het reizen van 100 centimeter was 0,93 meter per seconde. Met behulp van de hierboven besproken kinematica-vergelijking komt de experimentele versnelling op 0,43 meter per seconde kwadraat. Dezelfde berekening die bij de andere proeven werd toegepast, levert de in deze tabel weergegeven resultaten op.

verschillen tussen experimentele en theoretische versnellingen kunnen verschillende oorzaken hebben, waaronder beperkingen op de meetnauwkeurigheid, zeer kleine maar niet geheel onbelangrijke wrijving in de luchtbaan en de luchtzak Onder het zeil, die de spanningskracht langs de ketting kan vergroten of verminderen.

krachten zijn aanwezig in bijna elk fenomeen in het universum. Naar de aarde gebracht, beïnvloeden de krachten alle aspecten van het dagelijks leven.

het hoofd kan trauma veroorzaken en cognitieve functies aantasten. Een studie van sportgerelateerde hersenschuddingen maakt gebruik van speciale hockey helmen uitgerust met drie-assige versnellingsmeters om de versnelling tijdens de impact te meten.

de gegevens werden via telemetrie naar laptops gestuurd, die de metingen registreerden voor verdere analyse. Het kennen van de versnellingen en de massa van het hoofd, was het mogelijk om Newton ‘ s tweede wet, F = ma, te gebruiken om de impact van krachten op de hersenen te berekenen.

civiele ingenieurs, walkway construction zijn geïnteresseerd in het bestuderen van het effect van voetbelasting geïnduceerde kracht op deze structuren. In dit onderzoek plaatsten de onderzoekers sensoren op een loopbrug die door voetgangers veroorzaakte trillingen meet. De structurele respons wordt gemeten in termen van verticale versnelling, die een belangrijke parameter is in de studie van de stabiliteit van deze structuren

heeft alleen versnelling en Zeus ‘ introductie tot kracht gezien. Nu moet je de principes en het protocol begrijpen achter het laboratoriumexperiment dat Newton ‘ s tweede bewegingswet valideert. Zoals altijd, bedankt voor het kijken!

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.