1/12

Praktikum iz eksperimentalne nastave fizike 1

Fizika – informatika 2010/2011

Vježba 10

10.1 Vrijeme reakcije

10.2 Trenutna brzina

10.3 Srednja brzina

10.4 Elastičan-neelastičan sraz

10.5 Dinamičko određivanje mase

10.6 Elastični sudar o zid

10.7 Slobodan pad, ubrzanje gravitacije

10.8 Temperatura hladne smjese

10.9 Temperatura hlapljenja

Iz „Zbirke zadataka iz fizike – Priručnik za učenike srednjih škola“ autora

Mikuličić-Varićak-Vernić riješite zadatke 1.351 – 1.402 (barem 60 %

zadataka).

Literatura:

1. NTL pokusi, kartoteka pokusa za Praktikum iz eksperimentalne nastave

fizike

2/12

10.1. VRIJEME REAKCIJE

Pribor: uređaj CATT2 spojna ploča 4 bloka s rupom za priključak 1 blok prekidača 1 blok s grlom žarulje E10 1 žarulja 4 V/40 mA 4 vodiča postolje stativa s nosačem ploče

Zadatak: Izmjerite svoje vrijeme reakcije. Program: Reaktionszeit (Vrijeme reakcije) Priprema: Vrijeme reakcije kod ljudi odlučujuće je za mnoge događaje u svakodnevnom životu, npr. kod reagiranja na opasnosti. Funkcijom štoperice CATT-a može se dobiti vrijeme reakcije.

Ostvari spoj prema slici. Prekidač je prvo otvoren, te žarulja ne svijetli. Kao izvor napona za žarulju koristi se upravljiv izlaz napona CATT-a. Preko prekidača se postavlja izlaz stalnog napona (+5V odnosno +10V) na kanal 1 uređaja. Postavke: mjerno područje: 3 V na korištenom kanalu Postava pravog mjernog područja možete namjestiti pomoću opcije MESSWERT (mjerna vrijednost) kod koje se navodi vrijednost kod otvorenog i zatvorenog prekidača. Pokretanje programa: Pokrenite u mapi C:\catt2 datoteku catt2.bat, kada se pokrene program odaberite strjelicama program REAKTIONSZEIT i tipkom ENTER potvrdite.

3/12 U programu imate slijedeći izbornik s donje desne strane: MESSEN – mjerenje ERGEBENIS – posljednji izmjereni rezultat EINGABE –promjena parametara mjerenja BILD –slika spoja PROGRAM BEENDEN –izlazak iz programa U mjerenju sudjeluju najmanje 2 studenta i vrši se tipkom razmaka na tipkovnici dva puta, ili pratite izbornik MESSEN i potvrđujete tipkom ENTER. Ukoliko se program zablokira (što je često) kombinacijom tipaka CTRL+ALT+DELETE prekidate program. Prije pokretanja programa prekidač mora biti namješten na AUS (isključeno). Pokus 1: U programu je postavljena opcija MIT TON (s tonom). Svjetlucanje žarulje popraćeno je tonskim signalom računala. Mjerenje se pokreće. Nakon maksimalno 20 sekundi zasvijetli žarulja. Što je brže moguće, trebate ugasiti prekidač. Vrijeme između paljenja žarulje i zatvaranja prekidača je vrijeme reakcije. Pokus se treba ponoviti 10 puta. Uočavamo kako se vrijeme reakcije skraćuje kada pokus ponovite više puta. Zapišite rezultate i izračunajte srednju vrijednost. Vrijeme od starta pokusa do paljenja žarulje određuje slučajni generator računala. Pokus 2: Pokus se sada provodi samo s tonskim signalom. Pri tome se žarulja odvija iz grla. Pokus 3: Pokus se provodi bez tonskog signala, samo s žaruljom. Odabirete iz izbornika EINGABE pomoću strjelica pa pritisnete tipku ENTER, izmijenite opciju OHNE TON (bez tona).

4/12

10.2. TRENUTNA BRZINA

Pribor: uređaj CATT4 4 univerzalne tračnice 500 mm 2 spojke tračnica 2 jahača za stativ 40 mm 2 jahača za stativ 80 mm 2 okrugle šipke stativa 150 mm 2 mjerna senzora 1 kolica 1 blenda 1cm s utikačem 1 nosač blende utezi

Zadatak: Odredite trenutnu brzinu kolica. Program: CattSoft Priprema: Na temelju mjerenja vremena i puta može se dobiti brzina kolica kao kvocijent puta i vremena. Za duže dijelove puta dobiva se uvijek samo srednja brzina. Ukoliko se mjeri odgovarajuće kratki vremenski interval, ta brzina se može smatrati trenutnom brzinom. Ostvarite spoj prema slici. Mjerni senzori se priključuju na izlaz upravljivog napona (GENERATOR). Crni priključni vod priključuje se na plavu utičnicu (- pol generatora), a crveni na crvenu utičnicu (+ pol generatora). Žuti priključni vod senzora priključuje se na + pol kanala 1 (SENSOR1). Crna blenda se postavlja pomoću nosača na kolica. Kolica se tada postave na tračnicu i to tako da blenda prilikom vožnje prolazi kroz senzor koji se tada zatamni. Na prednji dio kolica stavite odbojnik kako se kolica ne bi uništavala udarcem o stativ. Postavke programa CATTSoft: Uređaj CATT4 mora biti priključen na računalo i uključen prije pokretanja programa. Program CATTSoft se pokreće u mapi C:\CATTSOFT. Kada se program pokrene odaberite iz izbornika INSTRUMENTS Generator. To će biti naš izvor napajanja za mjerni senzor. Kada se otvori prozor instrumenta namjestite napon od +5 V amplituda, 0,1 Hz, 100% ciklus, pravokutni napon, permanent period. Pažnja –veći napon bi mogao uništiti senzor. Pritiskom na zelenu tipku 1 uključujemo izvor i crvena dioda na mjernom senzoru svijetli. Sada odaberemo iz izbornika INSTRUMENTS Counter1 i pritisnemo tipku ENTER na prozoru upozorenja koji nam se javlja. Na instrumentu promijenimo u izborniku MODE

Pulswidth High-time pulse (Sensor1). Pritiskom na zelenu tipku 1 aktiviramo senzor. Pokus 1: Kolica se postavljaju tako u pokret da njegova blenda prolazi kroz mjerni senzor. Mjeri se vrijeme zamračenja senzora i prikazuje na ekranu (COUNTER1). Iz mjerenja vremena i poznate širine blende kolica trebate izračunati trenutnu brzina kolica. Izvedite pokus 5 puta za različite udarce prsta po kolicima. Pokus 2: Spojite i priključite drugi senzor na SENSOR2 i na GENERATOR. Provedite pokus tako da odredite trenutnu brzinu na dva mjesta. Izvedite pokus 5 puta za različite udarce prsta po prvim kolicima.

5/12

10. 3. SREDNJA BRZINA

Pribor: uređaj CATT4 4 univerzalne tračnice 500 mm 2 spojke tračnica 2 jahača za stativ 40 mm 2 jahača za stativ 80 mm 2 okrugle šipke stativa 150 mm 2 mjerna senzora 1 kolica s motorom 1 kolica 1 blenda širine 1cm s utikačem 1 nosač blende utezi

Zadatak: Odredite srednju brzinu kolica. Program: CattSoft Priprema: Na temelju mjerenja vremena i puta može se izračunati brzina kolica kao kvocijent puta i vremena. Za duže dijelove puta dobiva se uvijek samo srednja brzina. Ostvarite spoj prema slici. Oba mjerna senzora priključite kao u vježbi 10.2. Crni priključni vod priključuje se na plavu utičnicu (- pol generatora), a crveni na crvenu utičnicu (+ pol generatora). Žuti priključni vodovi senzora priključuju se na + pol SENSOR1 i SENSOR2. Blenda s nosačem se postavlja na kolica. Kolica se tada postave na tračnicu i to tako da njegova blenda prilikom vožnje može zatamniti oba senzora. Na prednji dio kolica stavite odbojnik kako se kolica ne bi uništavala udarcem o stativ. Postavke programa CATTSoft: U postavkama programa namjestite napon izvora senzora +5 V. Odaberite iz izbornika INSTRUMENTS Counter1 i namjestite MODE START STOP Start (Sensor1) Stop (Sensor2) i aktivirajte senzor. Pokus 1: Kolica se postavljaju u pokret tako da njegova blenda prolazi kroz oba mjerna senzora. Mjeri se trajanje vremena između ulaska u zahvat prvog senzora i ulaska u zahvat drugog senzora (vremenski razmak između dva ista impulsa) i pokazuje se na ekranu. Iz izmjerenog vremena i razmaka oba senzora može se izračunati srednja brzina kolica. Izvedite pokus 5 puta za različite udarce prsta po kolicima. Za svako novo mjerenje isključite i ponovo uključite senzor (0/1). Pokus 2: Za daljnje pokuse tračnica se može prepraviti jednostranim podizanjem od ravnine s tračnicom umetanjem male okrugle šipke stativa u rupu s donje strane ili na neki drugi način. Ovako se može postići jednoliko ubrzanje odnosno usporavanje i mjerenje. Provedite pokus 1.

6/12

10.4. ELASTIČAN / NEELASTIČAN SRAZ

Pribor: uređaj CATT4 4 univerzalne tračnice 500 mm 2 spojke tračnica 2 jahača za stativ 40 mm 2 jahača za stativ 80 mm 2 okrugle šipke stativa 150 mm 2 mjerna senzora 2 mjerna kolica 2 blende 1cm s utikačem 2 nosača blende 2 odbojnika za elastičan sudar 1 odbojnik za neelastičan sudar 4 utega 50 g 4 utega 10 g

Zadatak: Provjerite pokusom izraz za elastični i neelastični sraz mjerenjem brzina. Program: CattSoft Priprema: Ukoliko jedna kolica udare o druga kolica u mirovanju iste mase, tada će se brzina (prvih kolica) prenijeti potpuno na druga kolica. Kolica koja udaraju dolaze u stanje mirovanja. Kod neelastičnog sudara pokreću se zajedno oba kolica dalje s pola svoje brzine, ako su im mase iste. Ostvari spoj prema slici. Za mjerenje trenutne brzine prije i nakon sudara potrebna su 2 mjerna senzora Oba mjerna senzora priključite kao u vježbi 10.2. Crni priključni vod priključuje se na plavu utičnicu (- pol generatora), a crveni na crvenu utičnicu (+ pol generatora). Žuti priključni vodovi senzora priključuju se na + pol SENSOR1 i SENSOR2. Blende se učvršćuju pomoću nosača na kolica. Jedna se kolica smještaju bliže, u sredini pruge, a druga kolica na početku pruge. Mjerni senzori se postavljaju tako da pokraj jednog senzora prolaze kolica koja udaraju, a pokraj drugog senzora kolica koja su udarena. Senzori za mjerenje udarenih kolica moraju biti tako namješteni da mjerenje ne slijedi neposredno nakon sudara no ne i prekasno (gubici zbog trenja!). Postavke programa CATTSoft: Kao za mjerenje trenutne brzine s 2 mjerna senzora. Pokus 1: Odbojnike za elastični sudar učvršćujemo na prednju stranu kolica. Kolica se pokreću rukom. Ona zatamnjuju prvi mjerni senzor. Drugi mjerni senzor zatamnjuju udarena kolica. Pomoću poznate širine blende izračunavaju se obje trenutne brzine. Izvedite pokus 5 puta za različite udarce prsta po prvim kolicima. Pokus 2: Uređaj za neelastični sudar sastoji se iz dva dijela koja su pričvršćena na oba kolica. Kolica koja sudaraju ostaju sada nakon sudara povezana sa drugim kolicima. Izvedite pokus 5 puta za različite udarce prsta po prvim kolicima. Pokus 3: Masa kolica može se mijenjati dodavanjem utega. Brzine nakon sudara su odgovarajuće drugačije od onih iz prethodnih pokusa. Izvedite pokus 5 puta za različite udarce prsta po kolicima s različitim masama. Provjerite gornju tvrdnju formulom za srazove.

7/12

10.5. DINAMIČKO ODREĐENJE MASE – KOLIČINA GIBANJA

Pribor: uređaj CATT4 4 univerzalne tračnice 500 mm 2 spojke tračnica 2 jahača za stativ 40 mm 2 jahača za stativ 80 mm 2 okrugle šipke stativa 150 mm 2 mjerna senzora 2 kolica 2 blende s utikačem 2 nosača blende 1 opruga za kolica 4 utega 50 g 4 utega 10 g vezica škare ili šibice Zadatak: Dinamički odredite masu (pomoću formule za količinu gibanja) kolica

mjerenjem brzina. Program: CattSoft Priprema: Ukoliko su dva tijela u međudjelovanju, iz veza brzina u međudjelovanju i poznate mase jednog tijela može se odrediti masa drugog tijela. Ostvari spoj prema slici. Za mjerenje brzine prije i nakon sudara potrebna su 2 mjerna senzora. Oba mjerna senzora priključite kao u vježbi 1. Crni priključni vod priključuje se na plavu utičnicu (- pol generatora), a crveni na crvenu utičnicu (+ pol generatora). Žuti priključni vodovi senzora priključuju se na + pol SENSOR1 i SENSOR2. Blende se učvršćuju pomoću nosača na kolica. Kolica se povezuju oprugom i drže se pomoću vezice. Postavljaju se u sredinu pruge. Oba senzora pozicioniraju se u istim razmacima od sredine pruge. Postavke programa CATTSoft: Kao za mjerenje trenutne brzine s 2 mjerna senzora. Pokus 1: Oba kolica imaju istu masu. Nakon kidanja vezice (škarama ili šibicom) kolica se brzo pokreću udaljavajući se jedna od drugih. Odredite njihove trenutne brzine. Pokus 2: Masa jednih kolica udvostručavaju se pomoću težine utega. Odredite njihove trenutne brzine. Pokus 3: Na jedna kolica postavite utege poznate mase, a na druga kolica uteg nepoznate mase. Odredite njihove trenutne brzine mjereći vrijeme. Odredite masu drugih kolica s nepoznatim utegom. Donesite određene zaključke o brzinama i masama iz prethodnih pokusa i provjerite gornje tvrdnje.

8/12

10.6. ELASTIČNI SUDAR U ZID

Pribor: uređaj CATT4 4 univerzalne tračnica 500 mm 2 jahača za stativ 40 mm 2 jahača za stativ 80 mm 2 okrugle šipke stativa 150 mm 2 mjerna senzora 1 kolica 1 blenda s utikačem 1 nosač blende 1 odbojnik za elastičan sudar 4 utega 50 g Zadatak: Odredite trenutnu brzinu kolica prije i poslije elastičnog sudara u zid. Program: CattSoft Priprema: Kod elastičnog sudara tijela u kruti zid, tijelo se reflektira u suprotnom smjeru istom brzinom. Ove brzine mogu se izmjeriti pomoću mjernih senzora. Ostvari spoj prema slici. Mjerne senzore priključite kao u vježbi 10.2. Crni priključni vod priključuje se na plavu utičnicu (- pol generatora), a crveni na crvenu utičnicu (+ pol generatora). Žuti priključni vodovi senzora priključuju se na + pol SENSOR1 i SENSOR2. Blende se postavljaju pomoću nosača na kolica, a s prednje strane se stavlja opruga za elastični sudar. Kolica trebaju udariti o jahač stativa na kraju tračnica. Kolica se postavljaju otprilike u sredinu pruge. Mjerni senzori se nalaze na jednom kraju pruge malo razmaknuti pa ćemo jednim senzorom mjeriti vrijeme prolaska blende prije sudara, a s drugim, postavljenim bliže zidu, vrijeme poslije sudara, tako da razmak nakon sudara, blende od senzora, bude kraći što je moguće (pogreška je moguća zbog utjecaja trenja). Postavke programa CATTSoft: Kao za mjerenje trenutne brzine s 2 mjerna senzora. Pokus: Kolica se udare prstom tako da udare o jahač stativa i odbiju se od njega. Brzina se mjeri prije i poslije udarca. Masa kolica može se mijenjati postavljanjem utega. Pokus se ponavlja 5 puta. Provjerite gornju tvrdnju.

9/12

10.7. SLOBODNI PAD – UBRZANJE SILE TEŽE

Pribor: uređaj CATT2 1 postolje stativa 1 jahač za stativ 80 mm 1 okrugla šipka stativa 500 mm 1 T spojka 1 univerzalni držač šine 1 mjerni senzor 1 plastično ravnalo s markerima 1 spužva

Zadatak: Odredite akceleraciju slobodnog pada.

Program: Fallbewegung (Slobodni pad) Priprema: Iz dva mjerenja brzine pada izračunava se ubrzanje gravitacije. Ova metoda ima tu prednost što nije nužno mjerenje dužine. Moramo samo poznavati dužinu tijela koje pada i koje zatamnjuje mjerne senzore. Tijelo koje pada je plastično ravnalo sa tri crne vrpce za markiranje (širina markiranja iznosi 1 cm).

Ostvari spoj prema slici. Šipka stativa postavlja se pomoću jahača stativa na stopalo stativa. Mjerni senzor postavlja se na univerzalni držač tračnica. Taj držač se učvršćuje pomoću T-spojnice na šipku. Mjerni senzor se priključuje na izlaz stalnog napona od -5V ..+5V. Crni priključni vod priključuje se na crnu utičnicu mase, crveni na crvenu utičnicu izlaza napona. Žuti spojni vod senzora postavlja se na kanal 1 (mjerno područje 3V). U programu “Slobodan pad” mora biti poznata širina tijela u padu pa namjestite na EINGABE ukoliko već nije.

10/12 Pokretanje programa: Prije pokretanja programa i Windowsa priključite uređaj CATT2. Kada se Windowsi podignu uključite uređaj (važno jer se zna zablokirati) i pokrenite u mapi C:\catt2 datoteku catt2.bat, kada se pokrene program odaberite strjelicama program FALLBEWEGUNG i tipkom ENTER potvrdite. Tipkom razmak započinjete mjerenje, a tipkom ESCAPE izlazite iz mjerenja. Pokus: Mjerenje započinjete programom. Tijelo se drži iznad senzora na komadu konca tako da prva crna oznaka bude tik iznad senzora i pušta se tijelo. Navode se vremena zatamnjenja i trenutne brzine koje se računaju. Iz promjene brzine u izmjerenom vremenu računa se ubrzanje – ubrzanje sile teže FALLBESCHLEUNIGUNG. Zapišite vremena koliko je tijelo bilo u senzoru, trenutne brzine i akceleraciju. Računom i vi sami izračunajte trenutne brzine i akceleraciju. Provedite pokus 5 puta s jednom stranom i 5 puta s drugom stranom ravnala. Uputa: Pokus kod različitih početnih brzina tijela u padu daje prave rezultate. Razmaci vrpci za markiranje nisu isti (6 cm, 12 cm) kako bi se sačuvala različita vremena pada. Ispod ravnala postavite nešto mekano da se ono ne oštećuje (npr. spužvu).

11/12

10.8. TEMPERATURA HLADNE SMJESE

Pribor: uređaj CATT2 1 STB termoelektrično mjerno osjetilo P4110-1B 1 spojni vod DIN7/DIN5 1 posuda 250 mL 1 metalna lopatica

dodatna potrebna oprema: kockice leda kuhinjska sol Zadatak: Odredite temperaturu hladne smjese. Program: Digitalthermometer (digitalni termometar) Priprema: Za svaki postupak otapanja potrebna je energija. Ova energija se oduzima od okoline. Kod miješanja leda i kuhinjske soli (tzv. hladna smjesa) dolazi do procesa gdje sol od leda oduzima toplinu. Točka topljenja smjese leda i soli je ispod 0°C.

Ostvari spoj prema slici. Termoelektrično mjerno osjetilo spojite kao na slici. Napunite tikvicu, jednom trećinom, s usitnjenim ledom. Termoelektrično mjerno osjetilo uronite u posudu. Nakon nekog vremena trebalo bi prikazati oko 0 °C. Pokus: Koristite program Digital-thermometer (digitalni termometar) i prilagodite ga u odgovarajućim postavkama –samo kanal 1. Pokus izvedite samo jednom. Odredite temperaturu hladne smjese. tj. ledu dodajte kuhinjsku sol. Smjesa leda i soli se miješa pomoću lopatice. Koju temperaturu pokazuje termoelektrično mjerno osjetilo i zašto? Na koji način možete primijeniti stečeno znanje?

12/12

10. 9. TEMPERATURA HLAPLJENJA

Pribor: uređaj CATT2 1 STB termoelektrično mjerno osjetilo P4110-1B 1 spojni vod DIN7/DIN5 1 posuda 250 mL 1 metalna lopatica 1 postolje stativa 1 jahač za stativ, 80 mm 1 okrugla šipka stativa, 500 mm dodatna potrebna oprema: - alkohol ili neka druga hlapiva tekućina

Zadatak: Odredite temperaturu hlapljenja. Program: Temperaturaufzeichnung (prikazivanje temperature) Priprema: Kod isparavanja tekućine okolini se oduzima toplina. To se izražava putem hlađenja. Ovaj učinak smo iskusili u normalnom životu kod znojenja tijela i osjećaju hladnoće kod mokre odjeće za kupanje kada izvan bazena.

Ostvarite spoj prema slici. Termoelektrično mjerno osjetilo spojite kao u prethodnoj vježbi.

Pokus: Koristite program Temperaturaufzeichnung (prikazivanje temperature)) i prilagodite ga u odgovarajućim postavkama –samo kanal 1. Pokus izvedite samo jednom. Odredite temperaturu isparavanja tako da termoelektrično mjerno osjetilo se uronite u lako hlapivu tekućinu (npr. alkohol), zadržite jedno vrijeme, izvadite i okačite da se suši. Snimite dijagram temperatura-vrijeme od trenutka uranjanja u alkohol, priložite ga izvještaju i opišite što vidite iz dijagrama.