ĆWICZE NIE 1

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI LINIOWEJ CIAŁ

STAŁYCH

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika rozszerzalności liniowej kilku ciał stałych w zakresie temperatur 5-95oC.

ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: ultratermostat, miarę, cztery pręty metalowe (miedź, mosiądz, aluminium, stal) oraz pręt szklany, łoże do mocowania prętów ze zintegrowanym mikrometrem zegarowym pozwalającym badać ich zmiany długości.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Współczynniki rozszerzalności liniowej i objętościowej, zależność między nimi.

2. Drgania atomów w krysztale, energia potencjalna oddziaływania pomiędzy dwoma atomami.

3. Regresja liniowa.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Uzgodnić z prowadzącym, jakie pręty należy zbadać.

2. Zmierzyć długość początkową prętów.

3. Zamocować pierwszy z prętów w łożu, uruchomić na 30 sekund ultratermostat z nastawą temperatury ustawioną na 0.

4. Wyzerować wskazania mikrometru.

5. Uruchomić ultratermostat i podnosić temperaturę do około 80oC z krokiem co około5oC, każdorazowo odczytując przyrost długości po ustabilizowaniu się temperatury.

6. Po osiągnięciu 80oC uruchomić po konsultacji z prowadzącym obieg wody chłodzącej ochłodzić pręt do 20oC.

7. Czynności powtórzyć dla kolejnych prętów.

OPRACOWANIE WYNIKOW

1. Wykonać wykres zależności wydłużenia od przyrostu temperatury dla każdego pręta.

2. Za pomocą regresji liniowej znaleźć wartość współczynnika rozszerzalności liniowej dla każdego z badanych materiałów. Skorzystać ze wzoru: ∆݈ = ߙ݈଴∆ݐ

gdzie:

Δl – przyrost długości

α – współczynnik rozszerzalności liniowej

l0 – długość początkowa

Δt – przyrost temperatury

3. Porównać uzyskane wartości z tabelarycznymi.

wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 1

ĆWICZE NIE 2

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ UGIĘCIA

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie modułu Younga metodą ugięcia dla kilku materiałów ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: Zestaw do badania ugięcia belek z mikrometrem zegarowym, suwmiarkę, miarę, płaskowniki metalowe, obciążniki z zawiesiem.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Prawo Hooka.

2. Drgania atomów w krysztale, energia potencjalna oddziaływania pomiędzy dwoma atomami.

3. Regresja liniowa.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Uzgodnić z prowadzącym, jakie płaskowniki należy zbadać.

2. Zestawić przyrząd do pomiarów ugięcia dostosowując go do długości badanego płaskownika, mikrometr ustawić na środku płaskownika.

3. Zmierzyć odległość między ostrzami podpierającymi płaskownik.

4. Przeprowadzić pomiar ugięcia w funkcji masy obciążającej. Wykorzystać co najmniej po pięć mas obciążających dla każdego płaskownika.

OPRACOWANIE WYNIKOW

1. Obliczyć moduł Younga za pomocą wzoru:

ܧ = ௟యி

ସ௦௕௛య,

gdzie:

l – długość pręta,

F – siła obciążająca

s – strzałka ugięcia płaskownika

b – szerokość płaskownika

h – grubość płaskownika

2. Obliczyć wartość średnią modułu Younga i odchylenie standardowe średniej dla każdego z materiałów.

3. Porównać uzyskane wartości z tabelarycznymi wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 2

ĆWICZE NIE 3

BADANIE PRAWA HOOKA

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zbadanie zależności wydłużenia od obciążenia dla sprężyn stalowych i gumy.

ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: dwie sprężyny, nić gumową, stojak do ich zawieszenia, komplet obciążników, oraz przymiar.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Prawo Hooka.

2. Wykres naprężenie-wydłużenie dla ciał stałych.

3. Energia potencjalna oddziaływania pomiędzy dwoma atomami.

4. Regresja liniowa.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Przeprowadzić badania zależności wydłużenia od siły rozciągającej kolejno dla obydwu sprężyn.

2. Przeprowadzić badania zależności wydłużenia od siły rozciągającej dla liny gumowej o długości około 30 cm.

OPRACOWANIE WYNIKOW

1. Wykonać wspólny wykres zależności obciążenia od wydłużenia dla wszystkich trzech materiałów.

2. Dla materiałów o liniowej charakterystyce wyznaczyć stałą sprężystości za pomocą regresji liniowej.

Wykorzystać wzór:

ܨ = ݇ ∙ ݔ

gdzie:

F – siła powodująca zmianę długości

k – stała sprężystości

x – przesunięcie końca sprężyny z położenia równowagi wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 3

ĆWICZE NIE 4

BADANIE WAHADŁA MATEMATYCZNEGO I FIZYCZNEGO

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie przyśpieszenia grawitacyjnego ziemskiego za pomocą wahadła matematycznego, oraz wyznaczenie modułu bezwładności pręta będącego wahadłem fizycznym.

ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: fotokomórkę, stojak, sznurek i kulkę stanowiące wahadło matematyczne, pręt aluminiowy będący wahadłem fizycznym, łata pomiarowa.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Prawo powszechnego ciążenia.

2. Moment bezwładności.

3. Twierdzenie Steinera.

4. Ruch harmoniczny.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Zbadać okres drgań wahadła matematycznego dla 5-10 różnych długości.

2. Zmierzyć okres oscylacji wahadła fizycznego (pręt metalowy).

3. Zmierzyć rozmiary wahadła fizycznego (długość, odległość osi obrotu od środka masy, boki).

OPRACOWANIE WYNIKOW

1. Obliczyć przyspieszenie grawitacyjne ziemskie dla każdej długości wahadła matematycznego.

Wykorzystać wzór:

݈

ܶ = 2ߨඨ݃

gdzie:

T – okres drgań wahadła

l – długość wahadła

g – przyśpieszenie grawitacyjne ziemskie

2. Wyznaczyć wartość średnią g oraz odchylenie standardowe średniej. Uzyskany wynik porównać z tabelarycznym.

3. Wyznaczyć moment bezwładności wahadła fizycznego wokół osi obrotu. Wykorzystać wzór:

ܶ = 2ߨට ூ

௠௚ௗ

gdzie:

I – moment bezwładności pręta wokół osi obrotu m – masa pręta = (383±1)g

g – przyśpieszenie grawitacyjne ziemskie

d – odległość osi obrotu od środka masy

wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 4

4. Porównać uzyskany wynik z wartością wyliczoną teoretycznie. Moment bezwładności cienkiego pręta w osi prostopadłej przechodzącej prze jego środek wynosi: 1

ܫ = 12݈݉ଶ

gdzie:

m – masa pręta

l – długość całkowita pręta

W obliczeniach uwzględnić przesunięcie osi obrotu ( z twierdzenia Steinera) wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 5

ĆWICZE NIE 5

BADANIE SPRAWNOŚCI ŚWIETLNEJ ŻARÓWKI

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zba

b da

d ni

n e z

ale

l żno

n ś

o ci

c na

n tę

t że

ż ni

n a o

świ

w e

i tl

t eni

n a o

d o

d dle

dl gł

g o

ł śc

ś i o

ra

r z w

y

w z

y na

n c

a zeni

n e k

r

k z

r yw

y e

w j

e

j

spr

p a

r wn

w o

n ś

o ci

c ż

aró

r wk

w i

k w

w f

un

u k

n c

k ji

j p

o

p bi

b era

r ne

n j

j p

r

p z

r ez n

i

n ą

i

ą m

ocy.

ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: ła

ł wę

w o

pt

p y

t c

y zną

n , ż

aró

r wk

w ę, z

asi

s lac

a z l

abo

b ra

r to

t ry

r j

y n

j y

n ,

y dw

a

dw m

ulti

t me

m tr

t y

r

y e

lekt

k r

t y

r c

y zne

n o

ra

r z

luksomierz.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Wielko

k śc

ś i i

j

e

j dno

dn stk

t i

k f

iz

i yc

y z

c ne

n do

ty

t c

y zą

z ce

c ś

wi

w a

i tł

t a

ł .

2. Moc prądu elektrycznego.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Po

P łą

ł czyć

y u

kł

k a

ł d e

d lekt

k r

t y

r c

y zny

n

y w

e

w dłu

dł g

g s

che

h ma

m tu

t :

2. Zmierzyć zależność na

n tę

t że

ż ni

n a o

ś

o wi

w etl

t eni

n a w

w f

u

f nk

n c

k ji

j

i o

dległ

g o

ł śc

ś i.

3. Dla u

sta

t lone

n j

j o

dle

dl gł

g o

ł śc

ś i l

uk

u s

k om

o ierz

r a o

d ż

d aró

r wk

w i

k (

o

( ko

k ło

ł 1

0 c

m

c )

) p

rz

r epr

p o

r wa

w dzi

dz ć

i pomiary zależności

na

n tę

t żeni

n a

i o

świ

w etl

t e

l ni

n a o

d n

d a

n pi

p ęci

c a p

r

p a

r c

a y

y (

m

( i

m ni

n m

i um

u

m 1

0 p

u

p nk

n t

k ó

t w

w p

o

p mi

m aro

r wy

w c

y h

c ).

) Z

a

Z no

n to

t wa

w ć

a p

r

p ą

r d,

napięcie i natężenie oś

o wi

w e

i t

e l

t eni

n a dl

a k

a

k ż

a dego

g p

u

p nk

n t

k u

t .

u U

WAG

A A

G :

A

: k

o

k ni

n ec

e zni

n e p

r

p z

r e

z p

e r

p o

r wa

w dzi

dz ć p

o

p m

o i

m ar

r p

r

p z

r y

y

napięciu znamionowym 12V!

OPRACOWANIE WYNIKOW

1. Wykonać wykres zależności na

n tę

t żeni

n a o

ś

o wi

w e

i tl

t eni

n a

i o

d o

d dległ

g o

ł ś

o ci

c o

d ź

d ró

r dła

dł ś

w

ś i

w atł

t a

ł .

2. Wykonać wykres procentowy zależno

n ś

o c

ś i n

a

n tę

t ż

ę eni

n a

i o

świ

w e

i tl

t eni

n a o

d p

d o

p bi

b era

r ne

n j

j p

r

p z

r ez żarówkę mocy. Za

100% p

r

p z

r yj

y ą

j ć

ą n

a

n tę

t żeni

n e o

ś

o wi

w etl

t eni

n a p

r

p z

r y

y m

oc

o y

y z

na

n m

a io

i no

n we

w j

wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 6

ĆWICZE NIE 6

BADANIE DYFRAKCJI ŚWIATŁA LASEROWEGO

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zbadanie zjawisk dyfrakcji i interferencji światła.

ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: ławę optyczną, laser, przesuwany detektor światła z odczytem położenia, wzmacniacz sygnału, multimetr elektryczny oraz szczeliny i układy szczelin o kilku rozmiarach.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Zjawisko dyfrakcji światła.

2. Zjawisko interferencji światła.

3. Zasada działania i charakterystyka światła laserowego.

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Zamocować wybrany przez prowadzącego układ szczelin lub pojedynczą szczelinę.

2. Zmierzyć odległość szczelina – detektor.

3. Zbadać rozkład światła laserowego podczas dyfrakcji notując zmiany natężenia światła w zakresie obejmującym co najmniej pierwsze niezerowe maksima.

OPRACOWANIE WYNIKOW

1. Wykonać wykres intensywności rejestrowanego światła w funkcji kąta obserwacji.

2. Wyznaczyć długość fali światła emitowanego przez laser korzystając ze wzorów:

-maksima dla dwóch szczelin:

݀ ∙ ݏ݅݊ߙ = ݊ ∙ ߣ

-minima dla dwóch szczelin:

1

݀ ∙ ݏ݅݊ߙ = ൬݊ + 2൰ߣ

-maksima dla dyfrakcji (wzór przybliżony):

ߣ

ܽ ∙ ݏ݅݊ߙ = ሺ2݊ + 1ሻ 2

-minima dla jednej szczeliny:

ܽ ∙ ݏ݅݊ߙ = ݊ ∙ ߣ

gdzie:

λ – długość fali światła

α – kąt ugięcia

d – odległość między środkami szczelin

a – szerokość szczeliny

n – rząd maksimum/minimum

3. Wyznaczyć wartość średnią wyznaczonej długości fali.

wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 7

ĆWICZE NIE 8

BADANIE PRAWA OHMA

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest zbadanie prawa Ohma dla rezystora oraz włókna żarówki.

ZESTAW ĆWICZENIOWY

Student ma do dyspozycji: komputer osobisty z oprogramowaniem, interfejs pomiarowy Cobra 3, kable łączeniowe, dwa rezystory, żarówkę, blok łączeniowy.

OBOWIĄZUJĄCE ZAGADNIENIA

1. Prawo Ohma.

2. Prawa Kirchoffa.

3. Moc prądu elektrycznego

4. Zależność oporu od temperatury dla metali.

PRZEBIEG ĆWICZENIA I OPRACOWANIE WYNIKÓW

1. Uruchomić komputer, a następnie program sterujący interfejsem pomiarowym „Measure”.

2. Wczytać ustawienia pomiaru wybierając z menu Miernik > Ładuj ustawienia > „moje dokumenty\ohm.mds”

3. Połączyć układ łącząc generator funkcyjny interfejsu z opornikiem za pomocą przewodów i kostki łączeniowej.

4. Przeprowadzić pomiar wybierając Plik > Nowy pomiar > Dalej > Rozpocznij pomiar.

5. Przeprowadzić analizę pomiaru wykonując wykresy prądu, oporu i pobieranej mocy od napięcia zasilającego dla wybranego opornika. Wykorzystać: Analiza pomiaru > przekształć kanał.

6. Przeprowadzić pomiar jak wyżej dla żarówki.

7. Zanalizować otrzymane wykresy.

wersja 1.2 z 2009-10-09

Strona 8