Leiðbeiningar um tilraun með lögmáli Hookes
Markmið tilraunarinnar:
– Rannsókn á tengslum krafts og lengdaraukningar fjöðurs
– Ákvarða fjöðrunarstuðulinn
Verkfæri og efni: Fjaðrir, 50 gramma lóð (4), þrífót, reglustiku
Grunnkenning:
Lögmál Hooke segir að stærð kraftsins sé í réttu hlutfalli við aukningu á lengd fjöðursins. Því meiri sem krafturinn verkar á fjöðurinn, því meiri er aukningin á lengd fjöðursins. Hlutfall stærðar kraftsins og aukningar á lengd fjöðursins er fasti. Lögmál Hooke á við þegar krafturinn fer ekki yfir teygjumörk fjöðursins. Lögmál Hooke var sett fram af Robert Hooke (1635-1703).
Stærðfræðilega er lögmál Hooke sett fram með jöfnunni: k = F / Δl. Þar sem: k = fjöðrfastinn, F = krafturinn, Δl = aukning á lengd fjöðrarinnar.
Alþjóðlega einingin fyrir kraft er Newton, alþjóðlega einingin fyrir lengd er metri, þess vegna er alþjóðlega einingin fyrir fjöðrfastann Newton/metri (N/m).
Tilraunaskref:
1. Settu þrífótinn saman eins og sýnt er á myndinni.
2. Hengdu fjöður á stand og festu síðan 50 gramma lóð við neðri enda fjöðursins. Mældu lengd fjöðursins sem fjöðurlengd 1 (l o ).
l 1 = ……… Sentimetrar.
3. Hengdu aftur upp 50 gramma byrði og mældu síðan lengd fjöðurarinnar sem fjöðurlengd 2 (l2 ).
w = 0,5 Newton
Δl = l² – l¹ = ………… Sentimetrar
k = w / Δl =………… N/cm
3. Hengdu aftur upp 50 gramma byrði og mældu síðan lengd fjöðurarinnar sem fjöðurlengd 3 (l3 ).
w = 0,5 + 0,5 = 1 Newton
Δl = l⁴ – l⁴ = ………… Sentimetrar
k = w / Δl =………… N/cm
4. Hengdu aftur upp 50 gramma byrði og mældu síðan lengd fjöðurarinnar sem fjöðurlengd 4 (l4 ).
w = 0,5 + 0,5 + 0,5 = 1,5 Newton
Δl = l⁴ – l⁴ = ………… Sentimetrar
k = w / Δl =………… N/cm
Gögn og gagnagreining:
Það eru þrír fjöðrunarstuðlar byggðir á niðurstöðum fyrri tilraunar. Reiknaðu meðalfjöðrunarstuðulinn:
k = (k + k + k) : 3 = ………………… N/cm
Teiknaðu graf sem sýnir sambandið milli þyngdarafls (w) og aukningar á lengd gormsins (Δl).
Umræða:
– Hvert er sambandið milli krafts og aukningar á lengd fjöðursins? Ef krafturinn er meiri, verður aukningin á lengd fjöðursins þá meiri, stöðug eða minni?
– Eru vorstuðlarnir þeir sömu? Ef ekki, hvers vegna?
– Hver er meðalfjöðurstuðullinn sem fæst með tilrauninni?
Niðurstaða:
Segðu frá niðurstöðu þinni.
