STUDIUL EXPERIMENTAL AL CINEMATICII PUNCTULUI MATERIAL

STUDIUL EXPERIMENTAL AL CINEMATICII PUNCTULUI MATERIAL

In acest capitol este realizat un studiu experimental asupra cinematicii punctului material fara masa (mobil). A fost studiata legea de miscare, in miscare rectilinie, uniforma si uniform variata. Toate determinarile au fost realizate in S.R. al laboratorului, legat de Pamant, care pentru determinarile experimentale efectuate poate fi considerat un sistem de referinta inertial (S.R.I) cu un grad suficient de incredere.

1. Studiul miscarii rectilinii uniforme

Dispozitivul utilizat pentru determinarea legii de miscare tn miscarea rectilinie uniforma, este prezentat in figura 1 avand schema de principiu prezentata in figura 2

Fig. 1. Montajul experimental utilizat pentru studiul miscarii rectilinii uniforme

Fig. 2. reprezentare schematica a montajului experimental din Fig. 1.

Principiul metodei este de a masura cu ajutorul unui masurator digital timpul in care un mobil trece prin doua puncte din spatiu situate la o distanta cunoscuta.

Mobilul in miscarea rectilinie uniforma este reprezentat de o tija foarte subtire plasata pe un carucior care se poate deplasa prctic fara frecare pe o suprafata metalica lustruita. Viteza de deplasare a caruciorului poate fi modificata cu ajutorul unui comutator ce regleaza intensitatea curentului prin motorasul care-l actioneaza.

Atat suprafata de rulare cat si senzorii cu fotocelula ce inregistreaza tercerea tijei sunt plasati cu ajutorul unor suporti magnetici pe o tabla magnetica pe care pentru masurarea distantelor se aplica o tija gradata.

Dispozitivul de masurare a timpului consta dintr-un numarator electronic care inregistreaza intervalul de timp intre doua semnale de comanda de tip pornit-oprit furnizate de catre forocelule. Schema de conectare a instalatiei electronice de numarare este indicata in figura 3.

Fig. 3. Schema electrimica a instalatiei de masurare a timpului

Setup-ul exeprimental a fost realizat prin urmatoarele etape :

suprafata de rulare a fost fixata orizontal pe tabla magnetica, utiliyand suporti magnetici de fixare si urmarindu-se orizontalitatea prin comparare cu mar .. de pe tabla

barierele luminoase au fost conectate la numaratorul digital pe baza schemei de conectare din figura 3.

caruciorul cu tija subtire a carui profil simuleaza mobilul in miscare, a fost asezat pe suprafata de rulare in vederea determinarilor

Determinaarile experimentale la acest punct, au vizat doua tipuri de determinari:

a)      Studiul caracterului uniform al miscarii si determinarea vitezei

Pentru acest punct au fost urmate etapele:

s-a ales o valoare a vitezei mobilului cu ajutorul potentiometrului de reglaj a curentului de actionare al motorasului caruciorului

distantele de masurare a timpului de miscare au fost marcate cu ajutorul unor indicatori de culori diferite in intervalele [0 - 10], [20 - 30] si [40 -50]_cm

cele doua bariere luminoase au fost fxate la capetele intervalului de masurare a distantelor

a fost aleasa prima pozitie de masurare si a fost pus caruciorul in miscare, inregistrandu-se timpul pentru aceasta pozitie ca medie a 3 masuratori

au fost repetate masuratorile si pentru fiecare celelalte doua pozitii.

Rezultatele obtinute sunt cuprinse in tabelul 1.

Tabelul 1.

Se observa ca legea de miscare rectilinie uniforma este verificata pentru intreaga traiectorie a mobilului, valoarea vitezei fiind pe traiectorie idiferent de zona in care a fost masurata.

b)      Studiul legii de miscare rectilinie uniforma ssi reprezentarea sa grafica

Pentru aceste determinari a fost pastrat setup-ul experimental anterior, cu urmatoarele modificari:

una dintre cele doua bariere luminoase (L₁) a fost pastrata fixa intru-un punct considerat origine pentru miscare

pozitia celeilalte bariere a fost modificata succesiv din 10 in 10 cm in intervalul 10 - 40 cm

pentru fiecare pozitie a fost inregistrat timpul de miscare intre cele doua bariere luminoase

determinarile au fost repetate pentru inca alte doua valori ale vitezei, obtinute prin modificarea turatiei motorasului de antrenare al caruciorului

Rezultatele obtinute au fost trecute in tabelul 2.

Tabelul 2.

In final, datele din tabelul precedent a fost reprezentate grafic, acest grafic fiind indicat in figura 4.

Fig. 4. Reprezentarea grafica a legii de miscare rectilinie uniforma

Atat grafic, cat si din datele din tabel este evidenta respectarea legii de miscare rectilinii uniforme cu o foarte buna aproximatie (pana la a II-a zecimala in valoarea vitezei)

2. Studiul miscarii rectininii uniform variate

Pentru studiul miscarii rectilinii uniform variate a fost utilizat dispozitivul experimental indicat in figura avand schema de principiu din figura 6.

Fig. Montajul experimental utilizat pentru studiul miscarii rectilinii uniform variate

Fig. 6. Reprezentarea schematica a montajului din figura

Principiul metodei este asemanatoare celui utilizat in paragraful 1. Deosebirea consta in aceea ca in acest caz este utilizat un carucior simplu fara motoras actionat electric, caruciorul fiind pus in miscare accelerata de o forta transmisa prin intermediul unui scripete ideal din partea fortei de greutate corespunzatoare la diferite mase puse pe un platou de partea cealalta a scripetelui.

Pentru realizarea experimentului, au fost urmate etapele:

s-a studiat acelasi circuit de masurare a timpului ca cel de la punctul 1.

suprafata de rulare a fost fixata pe tabla magnetica in mod identic cu cel de la punctul 1.

la capatul suprafetei de rulare a fost fixat prin prindere pe tabla magnetica un scripete ideal, avind rolul de a transmite catre carucior forte de greutate a maselor atarnate de cealalta parte a sa

una din barierele luminoase "L a fost fixata la capatul opus scriptelui de pe suprafata de rulare

caruciorul a fost asezat pe suprafata de rulare si apoi legat prin intermediul unui fix inextensibil prin intermediul scripetelui, de un platan asezat liber, pe care a fost asezata o masa de valore fixata

cealalta bariera luminoasa "L a fost plasata la o distanta initiala de S = 10 cm de bariera lui

sistemul a fost lasat liber si numaratorul a inregistrat timpul miscarii intre cele doua bariere

pozitia barierei "L₂" a fost modificata succesiv in pozitiile S = 20, 30, 40, 50 cm    fiind masurate de fiecare data timpul de miscare

experimentul a fost repetat in intregime pentru alte doua mase de valori fixate puse pe platan

Rezultatele obtinute au fost trecute in tabelul 3.

Tabelul 3

Pentru fiecare masa ce a produs acceleratia sistemului, a fost reprezentata grafic legea de miscare S(t₁), reprezentarea fiind indicata in figura 7. In figura 8. este reprezentata dependenta S(t²).

Fig. 7. Reprezentarea grafica a legii de miscare uniform accelerata

Fig. 8. Reprezentarea grafica a dependentei S(t²) in miscarea rectilinie uniform accelerata

Din figura 8. se observa ca dependenta obtinuta este liniara. Daca se comprima aceasta edependenta cu legea de miscare S= .. se observa ca panta dreptei reprezinta chiar Valorile marimii sunt indicate si ultima coloana a tabelului 3. Atat din tabel, cat si din daependenta liniara obtinuta, a fost verificat faptul ca acceleratia este constanta ti prin urmare miscarea studiata a fost o miscare rectilinii uniform accelerata

CONCLUZII

Lucrarea prezenta reprezinta un studiu teoretic si experimental al cinematicii punctului material. Ea este organizata in 5 capitole, plus o introducere, concluzii si bibliografie.

In capitolul 1 este analizat procesul de modelare in fizica, fiind discutate atat evolutia istorica a conceptelor, modelelor si metodelor de cercetare cat si forma lor actuala precum si limitele impuse de utilizarea diferitelor modele.

In capitolul 2 sunt introduse notiunile cinematice fundamentale ca spatiu si timpul si modul in care se lucreaza cu ele in mecanica clasica nerelativista, fiind analizate notiunile de sistem de referinta, ordine cauzala si simultaneitate.

Capitolul 3 este dedicat studiului cinematicii punctului material, in raport cu un sistem de referinta, in acest capitol fiind introduse marimile fizice sinematice ca viteza si acceleratia si discutate legile cinematice: legea vitezei si ecuatia de miscare.

Acest studiu este extins la analiza miscarii din sisteme de referinta diferite in capitolul 4, in care sunt analizate marimile ce caracterizeaza miscarea absoluta, relativa si de transport.

In capitolul 5 este prezentat un studiu experimental asupra cinematicii miscarii rectilinii, efectuat in laboratorul de Mecanica si Acustica al Facultatii de Stiinte. In acest studiu este analizata atat miscarea rectilinie uniforma cat si cea uniform variata, fiind verificate experimental legile de miscare. Rezultatele experimentelor efectuate in laborator regasesc expresiile legilor analizate in capitolele teoretice ale lucrarii.

Lucrarea este incheiata de prezentarea concluziilor si a bibliografiei.