157 μαγνητισμός, φως και ομαλή κυκλική κίνηση

157 – Μαγνητισμός, φως και Ομαλή Κυκλική Κίνηση.

Γουρζής Στάθης -Φυσικός ΥΣΕΦΕ 2013 -2014 Γενικό Λύκειο Νυδριού

Στο σημερινό πείραμα θα δημιουργήσουμε μια ομαλή κυκλική κίνηση και θα υπολογίσουμε τα μεγέθη που την περιγράφουν, χρησιμοποιώντας τα όργανα του εργαστηρίου φυσικών επιστημών.

Θα κατασκευάσουμε μια πειραματική διάταξη, χρησιμοποιώντας εργαλεία γραφείου ένα μαγνήτη και την μετροταινία …

… το Multilog και τους αισθητήρες του μαγνητικού πεδίου Β και τον αισθητήρα του φωτός ...

… τον μαγνητικό αναδευτήρα …

… και δύο μεταλλικές βάσεις στήριξης, με μεταλλικές ράβδους, συνδέσμους και λαβίδες …

… μαζί με τον Η/Υ του εργαστηρίου.

Συναρμολογούμε τις δύο μεταλλικές ράβδους …

… και τις τοποθετούμε κοντά στον μαγνητικό αναδευτήρα.

Ανοίγουμε το Multilog …

… και συνδέουμε τον αισθητήρα του μαγνητικού πεδίου Β ...

… στην 1η ελεύθερη θέση του Multilog.

Συνδέουμε τον αισθητήρα του φωτός, με ένα από τα καλώδια σύνδεσης ...

… και το καλώδιο το συνδέουμε …

… στην 2η ελεύθερη θέση του Multilog.

Ξεκινάμε το πρόγραμμα DB –Lab, ...

… που επικοινωνεί με το Multilog και το Computer.

Πάμε στο μενού « Καταγραφέας », στην επιλογή « Πίνακας Ελέγχου » …

Στην επιλογή « Σημεία », βάζουμε « 50 » και στο « Ρυθμός », επιλέγουμε « 10 /sec ».

Τοποθετούμε τον αισθητήρα του μαγνητικού πεδίου Β στη μια λαβίδα, ώστε να « βλέπει » τον περιστρεφόμενο μαγνήτη του αναδευτήρα ...

… και τον αισθητήρα του φωτός, έτσι ώστε να « βλέπει » στην επιφάνεια του αναδευτήρα.

Τοποθετούμε ένα μαγνήτη πάνω σε ένα μικρό κομμάτι ξύλο …

… και τον στερεώνουμε με κολλητική ταινία.

Κατασκευάζουμε μια μικρή χάρτινη οθόνη ...

… και την στερεώνουμε ...

… με διάφορους τρόπους ...

… ώστε να έχουμε τον μαγνήτη στερεωμένο από το κάτω μέρος της ξύλινης επιφάνειας και την μικρή χάρτινη οθόνη στη μια της άκρη.

Μετράμε την ακτίνα της ξύλινης επιφάνειας και την βρίσουμε R = 0,1 m.

R

Τοποθετούμε την κατασκευή μας πάνω στον μαγνητικό αναδευτήρα, έτσι ώστε να βρίσκεται ο μαγνήτης τοποθετημένος στο κέντρο της επιφάνειάς του.

Με αυτό τον τρόπο ο αισθητήρας του μαγνητικού πεδίου Β, καταγράφει την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου του μαγνήτη του αναδευτήρα ...

… ενώ ο αισθητήρας του φωτός, καταγράφει την αυξομείωση του φωτός, στα ίδια χρονικά διαστήματα περιστροφής της διάταξης.

Αυτό συμβαίνει όταν η χάρτινη οθόνη βρίσκεται ακριβώς μπροστά …

… και στη συνέχεια, λόγω της περιστροφής, δίπλα και εκτός του πεδίου του αισθητήρα.

Εδώ φαίνεται καλύτερα η καταγραφή του μαγνητικού πεδίου από τον αισθητήρα, που βρίσκεται στο ίδιο επίπεδο με τον μαγνήτη.

Ξεκινάμε το Multilog …

… και αρχίζει η καταγραφή των δύο μεγεθών από τους αισθητήρες.

Μεγαλώνουμε την οθόνη των γραφικών παραστάσεων ...

… και παίρνουμε μετρήσεις ...

… παρατηρώντας τα ίσα χρονικά διαστήματα ...

… και διαπιστώνοντας πρακτικά την περιοδικότητα του φαινομένου.

Τοποθετώντας τους δείκτες του ποντικιού, μπορούμε να μετρήσουμε την περίοδο Τ και την συχνότητα f της περιστροφής, στην γραφική παράσταση της μεταβολής του μαγνητικού πεδίου ...

f = 2.08 Hz

… όπως μπορούμε να κάνουμε τοποθετώντας τους δείκτες του ποντικιού, για να μετρήσουμε την περίοδο Τ και την συχνότητα f της περιστροφής, στην γραφική παράσταση της μεταβολής της φωτεινότητας που καταγράφει ο αισθητήρας του φωτός.

f = 2.08 Hz

Γνωρίζοντας τώρα, την ακτίνα R της κυκλικής τροχιάς και την Περίοδο Τ της κίνησης, μπορούμε να υπολογίσουμε τα σημαντικά μεγέθη που περιγράφουν το φαινόμενο.

R = 0,1 m

f = 1/T T = 1 / 2.08 sec = 0.480 sec

υ = ( 2.π.R ) / Τ υ= ω.R

ω=υ/R

ακ = υ2/ R

Σε άλλη μια προσπάθειά μας ...

Παίρνουμε την γραφική παράσταση της μεταβολής του μαγνητικού πεδίου και της φωτεινότητας του περιβάλλοντος ...

Και εδώ μπορούμε να μετρήσουμε την περίοδο Τ και την συχνότητα f της περιστροφής, στην γραφική παράσταση της μεταβολής της φωτεινότητας που καταγράφει ο αισθητήρας του φωτός ...

f = 2.08 Hz

Τοποθετώντας πάλι τους δείκτες του ποντικιού, μπορούμε να μετρήσουμε τα ίδια μεγέθη και στην γραφική παράσταση της μεταβολής του μαγνητικού πεδίου.

f = 2.08 Hz

Τέλος πειράματος …