Newton un hareket kanunları fizik ödevi ders notları


M-10 NEWTON’UN HAREKET KANUNLARI

 

DENEYİN AMACI: Ağırlık merkezinden geçen eksen etrafında dönen, bir bisiklet tekerleğinin açısal hareketinden faydalanılarak;

1- Öteleme hareketinde hız ve ivmenin hesaplanması,

2- Tekerleğin eylemsizlik momentinin bulunması.

 

DENEYİN BİLGİSİ:

 

Yerçekimi:Bütün cisimleri etkileyen evrensel çekim kuvveti.Değeri yaklaşık 9,8 m/sn  dir.

 

Açısal momentum: İçinden geçen ya da dışında bulunan bir eksen çevresinde hareket eden bir cismin ya da cisimler sisteminin dönme eylemsizliğini gösteren özellik.

 

Eylemsizlik: Bir cğismin hareketsiz haldeyse kendisini harekete geçirmeye yönelik; hareket halindeyse,hızının büyüklüğünü ya da doğrultusunu değiştirmeye yönelik her hangi bir etkene olan karşı koyma, direnç.

 

Eylemsizlik momenti: Bir cismin dönel eylemsizliğinin yani belirli bir eksen etrafında dönmekte olan cismin dönme hızını değiştirmeye yönelik bir momente (tork’a) karşı koyma özelliğinin büyüklük ölçüsü.I =z( miRi )[kg.m ]

 

Tekerleğin çevresine dolanmış bir ipin ucuna bir m kütlesi astığımızda  bu kütleyi astığımız ipin doğrultusunda tekerleğin yarıçapına dik olacak bir F = m.g(Newton) kuvveti uygular ve tekerleğe D = F.R(N.m) torkunu kazandırır. Tekerlek torkun etkisiyle sabit açısal ivmeli hareketini yapar. Böylece m kütleside sabit ivmeli düzgün değişen doğrusal bir hareket yapar. m in aldığı yol S ise ve bu yolu z zamanında kaydetmişse, S = 1/2az  a ivmesi hesaplanır.Burdanda v= a.z den hız hesaplanır.

 

Açısal Hız:Dönme hareketinde dönen cismin, dönme ekseninden geçen bir doğrultusunun birim zamanda süpürdüğü açıya denir.

w = dj/dz(rad/sn )

Açısal hızın zamana göre türevi açısal ivmeyi verir.

a = dw/dz = d j/dz (rad/sn )

Öteleme ve açısal hareketteki ilişki:

dj = dS/ R, dS = R.dj  v = dS/ dz = dj.R/dz, v = R.v

a = R.dw/dz ,a= R.a

Tork bir cisme açısal ivme verir.D = I.a

I sistemin eylemsizlik momenti olup cismin dönmeye olan direncini ifade eder.

I =z( miRi )[kg.m ]

Bisikletin tekerleği gibiyse:

I =  R dm(kg.m )

Sistemin toplam atalet momenti:

I = Io+m.R

 

DENEYİN YAPILIŞI:

 

1- Tekerleğin R yarıçapı bir cetvelle ölçülür.

R = 0,34 m

2- m kütlesi tekerleğin çevresinde sarılı ipin ucundaki tablaya konur.

m = 0,05 kg

3- m kütlesi tabloda verilen S yüksekliklerine sırayla getirilir.

4- Tekerleğin freni ani olarak gevşetilir ve aynı anda kronometre çalıştırılır. m kütlesi tablaya çarpınca kronometre durdurulur. Bu işlem her yükseklik için 3 defa tekrarlanır ve ölçülen zamanların ortalaması alınır.g = 9,8 m/sn

 

S(m)     z(sn)     z(sn)       z(sn)     Zort(sn)     a(m/sn )       v(m/sn)

1,3       5,5        5,4           5,2      5,36         0,0904        0,48

1,2       5,16     4,84        5,11     5,03         0,0948        0,47

1,1       4,89     4,99        4,78     4,88         0,0887        0,44

1          4,5       4,74        4,59     4,61         0,0941        0,43

0,9       4,5       4,17        3,95     4,2           0,1020        0,42

 

a = 0,094 m/sn

 

5-Tablodaki değerlerden S = 1/2az   ile her yükseklik için a hesaplanıp tabloya yazılır.

6- Hatayı azaltmak için bulunan ivmelerin ortalaması alınıp a hesaplanır.

7- v = a.z formülünden her yükseklik için v hesaplanır ve tabloya kaydedilir.

8- F = m.g = 0,49 Newton

9- D döndürme momenti (tork):

D = F.R = 0,49.0,34 N.m = 0,1666 N.m

10- Açısal ivme bulunur.

a = a/R = 0,276 rad/sn

11- Toplam eylemsizlik momenti bulunur.

I = D/a = 0,6 kg.m

12- Tekerleğin eylemsizlik momenti bulunur.

Io = I-mR  = 0,6 – (0,00578)kg.m  = 0,59422kg.m