Cirkulär rörelse

Jag skriver en labbrapport om Cirkulär rörelse och centripetalkraft. Jag skulle uppskatta om någon kunde kontrollera mina beräkningar och föreslå eventuella förbättringar. 

Syfte:

Undersöka sambandet mellan centripetalkraft, rotationshastighet och massa vid cirkulär rörelse.

Material:

• En tunn tråd eller ett starkt snöre (ca 1 meter)

• Ett mindre föremål som vikt, till exempel en nyckelknippa, sked, eller mutter

• En plastpåse eller liknande att fästa i andra änden

• Ett tunt rör, till exempel en trasig kulspetspenna eller en tom toarulle.

• En linjal eller måttband

• En klocka eller stoppur (mobiltelefon går bra)

Teori:

Vid cirkulär rörelse krävs en kraft som hela tiden pekar mot centrum av cirkeln för att hålla föremålet i rörelse. Denna kraft kallas centripetalkraft och beräknas enligt formeln:

Fc=(mv^2)/(2).

Hypotes:

Centripetalkraften ökar med hastigheten på föremålet och massan av det föremål som svänger i cirkeln.

Genomförande:

1. Montera experimentet:

• Knyt snöret runt föremålet (som fungerar som massan) så att du kan svinga det i en cirkel.

• Trä snöret igenom toarullen eller ett smalt rör. Se figur.

• Fäst den andra änden av snöret i en plastpåse som du kan fylla med små föremål som vikter. Påsen kommer att fungera som motvikt och hjälpa dig att mäta den centripetalkraft som krävs.

2. Mät radien:

• Håll fast snöret vid en punkt och mät längden från den punkten till det svängande föremålet. Detta blir radien r av cirkeln.

3. Utför experimentet:

• Svinga föremålet horisontellt i en cirkel ovanför ditt huvud så att det rör sig med konstant hastighet. Var noga med att inte släppa föremålet.

• Räkna antalet varv föremålet gör under 10 sekunder och anteckna tiden det tar. Dela tiden med antalet varv för att få perioden T (tiden för ett varv).

• Upprepa försöket för att säkerställa att du får ett medelvärde för T.

4. Variera vikten:

• Lägg olika föremål i plastpåsen som motvikt (till exempel små mynt eller liknande). Varje gång du ändrar massan, upprepa proceduren med att mäta periodtiden T.

• Se till att svinga föremålet med samma radie varje gång.

Beräkningar:

1. Beräkna hastigheten v=2*pi*r

2. Beräkna centripetalkraften Fc=(m*v^2)/(2).

där massan m är vikten av föremålet som svänger.

Jag knyter snöret runt ett litet batteri med massan 0,012kg och låter batteriet svinga i en cirkel. Radien är alltid konstant 0,2m.

Första gången lägger jag en matsked med massan 0,030kg i plastpåsen. Det tar 4,91s för batteriet att fullfölja 10 varv och T= 0,491s för ett varv. Hastigheten v=(2*π*0,2)/(0,491)=2,56m/s. Centripetalkraften Fc=(0,012*2,56^2)/(0,2)=0,393N.

Andra gången lägger jag 2 matskedar med massan 0,060kg i plastpåsen. Det tar 3,94s för batteriet att fullfölja 10 varv och T=0,394s för ett varv. Hastigheten v=(2*π*0,2)/(0,394)=3,19m/s. Centripetalkraften Fc=(0,012*0,394^2)/(0,2)=0,611N.

Tredje gången lägger jag 3 matskedar med massan 0,090kg i plastpåsen. Det tar 3,36s för batteriet att fullfölja 10 varv och T=0,336s för ett varv. Hastigheten v= v=(2*π*0,2)/(0,336)=3,74m/s. Centripetalkraften Fc=(0,012*3,74^2)/(0,2)=0,84N.