Force and Acceleration

Newtons andra lag beskriver förhållandet mellan kraft och acceleration och detta förhållande är ett av de mest grundläggande begreppen som gäller för många områden inom fysik och teknik.

F lika med ma är det matematiska uttrycket för Newtons andra lag. Detta visar att större kraft behövs för att flytta ett objekt med en större massa. Det visas också att för en given kraft är accelerationen omvänt proportionell mot massan. Det vill säga med samma applicerade kraft accelererar mindre massor mer än större massor

här visar vi dig ett experiment som validerar Newtons andra lag, tillämpar krafter av olika storlek på en segelflygplan på ett nästan friktionsfritt luftspår

innan vi går in i detaljerna om hur man kör experimentet kommer vi att studera begrepp och lagar som bidrar till dataanalys och tolkning.

installationen består av ett luftspår, en glidflygplan, en fotodörrtimer på ett känt avstånd d från startpunkten, en remskiva och en segelkedja på remskivan.

om man fäster en vikt i den andra änden av repet och kastar det, kommer vikten att applicera en kraft på seglet som får det att accelerera. Denna kraft ges av Newtons andra lag. Samtidigt kommer det att vara viktens kraft på grund av tyngdkraftsaccelerationen minus spänningskraften i anslutningskedjan vikten faller till seglet. Denna spänningskraft är massan av vikten gånger accelerationen av seglet.

genom att jämföra kraften på seglet med viktens kraft kan man härleda formeln för att teoretiskt beräkna seglets acceleration.

det experimentella sättet att beräkna ljusets acceleration är med hjälp av photoporte-timern. Detta ger oss den tid som segelflygplanet behöver för att resa avståndet d från startpunkten. Med denna information kan du beräkna seglets hastighet och sedan, med hjälp av denna kinematiska formel, kan du beräkna storleken på den experimentella accelerationen.

nu när vi förstår principerna, låt oss se hur vi faktiskt utför detta experiment i ett fysiklaboratorium

som tidigare nämnts använder detta experiment en glider kopplad av en linje som passerar över en remskiva med en vikt. Spåra segelreglagen längs en luft, vilket skapar en luftkudde för att minska friktionen till försumbara nivåer.

när vikten faller omdirigerar remskivan spänningen på linjen för att dra seglet, som har en 10 cm lång flagga högst upp. En fotodörr på ett känt avstånd från startpunkten registrerar hur lång tid det tar för flaggan att passera genom den

slutlig segelhastighet är flaggans längd dividerat med tiden den passerar genom fotodörren. Med seglets slutliga hastighet och avståndet är det möjligt att beräkna accelerationen.

Ställ in experimentet genom att placera fotoporte-timern vid 100 cm-märket på luftspåret och glidflygplanet vid 190 cm-märket. Skjutreglaget har en massa på 200 gram. Håll seglet så att det inte rör sig och Lägg till vikter i slutet av kedjan för att hänga den totala massan är också 10 gram

när vikterna är på plats, släpp glidbanan spela in sin hastighet i fem körningar och beräkna genomsnittet. Använd ljusmassa och hängande vikt för att beräkna experimentella och teoretiska accelerationer och registrera resultaten.

lägg nu fyra vikter till ljuset, fördubbla dess massa till 400 gram. Placera glidflygplanet på 190 cm-märket för att upprepa experimentet. Släpp segelflygplan och spela in din hastighet för fem körningar. Återigen, beräkna och registrera medelhastigheten och de experimentella och teoretiska accelerationerna.

för den sista uppsättningen tester, ta bort vikterna från ljuset så att det har sin ursprungliga massa på 200 gram. Lägg sedan till vikter i den hängande degen tills du har en ny deg på 20 gram. Upprepa experimentet för ytterligare fem körningar.

slutligen, lägg till mer vikt till den hängande massan upp till 50 gram och upprepa det experimentet för ytterligare fem körningar.

kom ihåg att den teoretiska accelerationen av seglet är lika med accelerationen på grund av tyngdkraften g multiplicerad med masskvoten för den nedåtgående vikten och massan vikten och glidflygplanet tillsammans. Som de teoretiska värdena i denna tabell visar minskar accelerationen när glidbanans massa ökar.

omvänt ökar accelerationen när fallets massa ökar i vikt på grund av force majeure. Observera att accelerationerna som förutses av denna ekvation kan ha ett maximalt värde på g, vilket är 9,8 meter per sekund i kvadrat.

låt oss sedan se hur man beräknar experimentaccelerationen. Till exempel använder det första testet en glider på 200 gram och en vikt av 10 gram. Medelhastigheten efter att ha kört 100 centimeter var 0,93 meter per sekund. Med hjälp av kinematikekvationen som diskuterats ovan kommer den experimentella accelerationen till 0, 43 meter per sekund i kvadrat. Samma beräkning som tillämpas på de andra testerna ger de resultat som visas i denna tabell.

skillnader mellan experimentella och teoretiska accelerationer kan ha flera orsaker, inklusive begränsningar av mätnoggrannhet, mycket liten men inte helt obetydlig friktion i luftspåret och luftfickan under seglet, som kan lägga till eller subtrahera från spänningskraften längs kedjan.

krafter finns i nästan alla fenomen i universum. Förde till jorden påverkar krafterna alla aspekter av vardagen.

huvudet kan orsaka trauma och försämra kognitiva funktioner. En studie av sportrelaterade hjärnskakningar använder speciella hockeyhjälmar utrustade med treaxliga accelerometrar för att mäta acceleration under påverkan.

data skickades via telemetri till bärbara datorer, som registrerade mätningarna för vidare analys. Genom att känna till huvudets accelerationer och massa var det möjligt att använda Newtons andra lag, F = ma, för att beräkna krafternas inverkan på hjärnan.

civilingenjörer, gångvägskonstruktion är intresserade av att studera effekten av fotbelastningsinducerad kraft på dessa strukturer. I denna studie placerade forskarna sensorer på en gångväg som mäter fotgängarinducerade vibrationer. Strukturellt svar mäts i termer av vertikal acceleration, vilket är en viktig parameter i studien av stabiliteten hos dessa strukturer

har bara sett acceleration och Zeus introduktion till kraft. Nu måste du förstå principerna och protokollet bakom laboratorieexperimentet som validerar Newtons andra lag om rörelse. Som alltid, tack för att du tittade!

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.