PhET Collision Lab

Simulering av elastiska krockar på sidan: http://phet.colorado.edu/en/simulation/collision-lab

Situation 1: Elastisk kollision mellan två bollar med samma massa

Hypotes:

Om två bollar med lika stor hastighet kolliderar ("frontalkrockar") kommer de ha samma hastighet före och efter kollision, endast riktad åt motsatta håll, då de har samma massa.

Man kan konstatera att förhållandet mellan rörelsemängden före och rörelsemängden efter är 1.

Bollarnas rörelse före och efter kollisionen:

Boll 1 åker framåt med v=1 m/s och boll 2 står still. Sedan överförs boll 1’s rörelse till boll 2 vilket leder till att boll 1 står still och boll 2 rör sig med v=1 m/s.

.

Situation 2: Elastisk kollision mellan två bollar med olika massa

Hypotes

Om boll 1 är mindre än boll 2 så kommer den inte påverka boll 2’s hastighet lika mycket som när de hade samma massa. Om boll 1’s massa är större än boll 2 så kommer hastigheten på boll 2 att vara högre än boll 1’s hastighet.  

Förhållandet mellan rörelsemängden innan kollision och efter är alltid 1 oavsett massor eller hastigheter.

Bollarnas rörelse före och efter kollisionen:

Den boll med störst massa kommer påverka den lilla bollen mer än vad den lilla bollen påverkar den stora, med olika massor. Om boll 1 har störst massa kommer boll 2 röra sig med en högre hastighet än boll 1 vid en kollision. Om boll 1 har mindre massa än boll 2 kommer boll 1 få en negativ hastighet vid kollision som är större än vad hastigheten boll 2 kommer få framåt.

Slutsats:

Rörelsemängden bevaras alltid vid helt elastiska kollisioner.

När två föremål krockar påverkar de varandra med samma kraft enligt Newtons 3 lag. Enligt Newtons andra lag är F_res= m*a, och om F ska vara lika stor måste alltså accelerationen vara lägre på ett föremål med större massa än på ett föremål med lägre massa. 

Laboration ”friktion”

Idag, onsdagen den 23 september, jobbade vi med friktion. Först hade vi en genomgång, därefter en labb.

Friktionstal/friktionskoefficient:    μ  (lilla my).    Detta anger hur stor friktionen är mellan två ytor.

   Enligt Newtons första lag är kraftresultanten lika med 0 då ett föremål är i konstant hastighet eller vila. På så sätt kan man med hjälp av en dynamometer mäta vilken friktionskraft som verkar på föremålet mot rörelseriktningen. Så stor som dragkraften är, lika stor är även friktionskraften vid konstant hastighet.
   På samma sätt kan man räkna ut hur stor normalkraften på föremålet är. Genom att räkna ut tyngdkraften på föremålet får man samtidigt reda på hur stor normalkraften är. Formeln är F_g=mg.

   Labben gick ut på att med hjälp av en liten träkloss, ett bord, en dynamometer samt lite vikter undersöka hur friktionskraften beror av massan.

Försök 1:

Försök 2: 

Försök 3: 

   Man kan se att friktionskraften ökar med normalkraften, men att friktionskoefficienten är någorlunda konstant. Att den i försöket inte är helt konstant är troligen på grund av att det är svårt att hålla en exakt konstant hastighet och läsa av ett korrekt värde av dragkraften. 

Labb - Lutande plan

   Syftet med denna undersökning var att se hur förändring i sträcka och lutning påverkar det arbete som krävs för att dra en vagn längs ett lutande plan till en förbestämd höjd. Genom att ändra lutningen, och därmed sträckan, kunde man se huruvida ändringen påverkade arbetet.

Vi har använt oss av:

·          -    Ett lutande plan

·          -    En dynamometer

·          -    En vagn, m=100 g

·          -    Två linjaler

   Vi lutade en metallskena mot en stol, kopplade vagnen till en dynamometer och ställde en linjal vertikalt bredvid stolen samt lade ytterligare en linjal längsmed det lutande planet. Därefter drog vi vagnen på skenan till den förutbestämda höjden 57 cm. Vi noterade på den liggande linjalen sträckan, samt kraften på dynamometern. Därefter ändrade vi lutningen på planet och upprepade försöket. När lutningen ökade, minskade sträckan.
   När vi gjort fem stycken mätningar med olika lutningar beräknade vi arbetet som krävts för vart och ett av försöken.

                                           

                                           

                                           

   Man kan konstatera att när sträckan minskar ökar kraften. Samtidigt ser man att förändringarna tar ut varandra då de multipliceras för att räkna ut arbetet. Visserligen skiljer sig resultaten något, men det är marginellt. Därför dras slutsatsen att för att förflytta samma massa till samma höjd krävs samma arbete. Detta stämmer överens med regeln att den mängd arbete som tillförs ett system är ekvivalent med den potentiella energi föremålet får. Eftersom vagnen i försöket hela tiden behöll samma massa samt fördes till samma höjd vid varje mätning fick den därmed samma potentiella energi enligt:

   Därför blev arbetet marginellt lika vid varje försök. Detta förklarar även den gyllene regeln inom mekanik; ”det du vinner i kraft, förlorar du i väg”. 

Om att addera krafter - Newtons Nollte lag (Labb krafter 1)

   Idag (31 mars 2015) har vi arbetat med en dynamometer och gummiband för att bevisa Newtons nollte lag, additionslagen av krafter, för oss själva. Nollte lagen innebär att om två krafter är parallella och likariktade adderas mätetalen och riktningen behålls. Är de motsatta i riktningen subtraheras krafterna och rörelseriktningen blir i den största kraftens riktning.

   När vi drog ut gummibandet till den förbestämda punkten på pappret med en dynamometer läste vi av 6,3 N. Det är alltså den kraft som krävs för att dra just detta gummiband just den längden.
   När vi sedan använde två dynamometrar delades kraften dem emellan och kraften för varje dynamometer blev mindre. Resultantkraften är dock alltid lika med den ”mittersta vektorn”, den vi mätte upp först, som även är rörelseriktningen.

   Om man drar två dynamometrar i samma riktning; F₁ (dynamometer 1) = F₂ (dynamometer 2)=F_Res/2. Detta kan lätt bevisas med vektorsgeometri där man adderar vektorer genom att "lägga" den ena vektorn, med bibehållen vinkel i förhållande till den andra vektorn, i slutet av den andra vektorn och därefter dra en ny vektor, resultantkraften, från den första vektorns bas till den andra vektorns spets. Så får man fram kraftresultanten, och eftersom vektorerna har samma riktning i detta fall kan man lätt se att om man har två likariktade vektorer blir resultantkraften lika stor som en addition av mätetalen för de båda vektorerna och med samma riktning som de båda har.

   När man använder två dynamometrar och drar med dem i en vinkel blir det dock lite mer komplicerat att räkna ut F_Res. Då får man använda sig av geometriska och trigonometriska modeller istället, exempelvis Cosinus eller Pythagoras sats. Vilket man använder beror lite på vad man fått givet i uppgiften. Man kan även dela upp krafterna i komposantkrafter och använda sig av vektorsgeometri och enhetsvektorer för att räkna ut kraftresultanten, det vill säga ”lägga” den ena vektorn med bibehållen vinkel i slutet av den andra vektorn och därefter dra en ny vektor, resultantkraften, från den första vektorns bas till den andra vektorns spets så får man fram kraftresultanten. 

Första mätningarna

Idag har vi laddat ned ett mätprogram, Pasco Capstone, som vi kommer använda frekvent i kursen. Vi har också gjort våra första mätningar för att känna lite på programmet. Mätningarna handlade om avstånd till en sensor i förhållande till tid.

Undersökning 1
Resultat i försök 1, backa långsamt från sensorn:
Grafen har en positiv riktningskoefficient, dvs y-värdet stiger när värdet på x-axeln ökar. Det innebär med mer vardagliga ordalag att när avståndet från sensorn ökar, stiger grafen uppåt. Tiden går alltid vilket gör att grafen samtidigt går åt höger.

Resultat i försök 2, röra sig mot sensorn:
Grafen får ett negativt k-värde eftersom avståndet, och därmed y-värdet, minskar med tiden.

Resultat försök 3, stå still:
Grafen är horisontell och har ett konstant k-värde av värdet 0 eftersom sträckan till sensorn är konstant i förhållande till tiden.

Kontentan av det hela är att om avståndet (sträckan) till sensorn ökas i förhållande till tiden kommer grafen få ett positivt k-värde, dvs stiga i y-led i förhållande till tiden på x-led.

I undersökning 2 skulle man med olika hastigheter gå mot sensorn. Grafen får en brantare stigning (lutning) ju högre hastighet man rör sig mot sensorn med. Det är för att avståndet (sträckan) förändras mer i förhållande till tiden ju högre hastigheten är.
Den graf som fick brantast lutning var i det försök där hastigheten var högst, dvs i försök 2.

Första inlägget

Här kommer första inlägget lilla bloggis!