Laboratorium Fizyka Współczesna I

Sprawozdanie z ćwiczeń z dnia 25.10.2013

Przyroda II rok

Gdańsk, 21.10.2013

1. Model pociąg na poduszce magnetycznej

1. Opis modelu

Zdjęcie 1.1. Model toru i pociągu na poduszce magnetycznej

Źródło: Instrukcja obsługi dołączona do modelu.

Tor składa się ze 150 ciasno ułożonych magnesów neodymowych, które są ułożone w trzech rzędach po 50 magnesów. Dzięki ustawieniu ich w charakterystycznych sposób (Rysunek 1.2) Tworzy się między nimi niejednorodne, periodyczne pole magnetyczne. Całość toru ma długość 70 cm.

Rysunek 1.2. Schemat ułożenia magnesów oraz pola magnetycznego wytworzonego między magnesami.

Źródło: Praca własna Pawła Dery, za pozwoleniem użycia

Rysunek 1.3 Schemat budowy wagonika na poduszce magnetycznej

Źródło: Instrukcja obsługi dołączona do modelu.

Model pociągu poruszającego się po torze z magnesów (1.) składa się z:

2. Cienkiej płytki grafitowej, na której znajdują się

3. Cewka sensoryczna,

4. 2 cewki dodatkowe

5. Miniaturowy wzmacniacz

6. Styropianowej powłoki

7. Miniaturowego panelu słonecznego, solar

1.2. Sposób działania

Pierwsza cewka jest sensorem, który wykrywa czy pole (w którym cewka się znajduje) jest niejednorodne. By to robić musi się poruszać. Dzięki temu zaczyna wzbudzać zmienny prąd elektryczny, który wzmacniany jest przez miniaturowy wzmacniacz - ten zasilany jest poprzez ogniwa słoneczne umieszczone na szczycie obudowy. Wzmocnienie prądu zaindukuje pole magnetyczne, które w dwóch pozostałych cewkach powoduje podtrzymywanie ruchu wagonika w kierunku, w którym już się poruszał.

Wagonik nie dotyka toru, unosi się on nad nim, lewituje. Spowodowane jest to własnością grafitu, który jako diamagnetyk wypychany jest z pola magnetycznego (momenty magnetyczne się równoważą).

Zaobserwowaliśmy, że prędkość wagonika nie jest stała, porusza się on szybciej po środku toru, gdzie magnesy zostały ułożone z pewnym przesunięciem.

2. Wyniki i opracowanie pomiarów

2.1. Opis doświadczenia

Zmierzyliśmy czas, w jakim wagonik pokonuje długość 10 magnesów (14 cm) na końcu toru oraz na środku. Dla każdej pozycji dokonaliśmy pięciu pomiarów. Dzięki temu mogliśmy obliczyć średnią prędkość wagonika w każdej pozycji. Wyniki prezentują się następująco:

Długość toru: 70 cm

Ilość magnesów na długość toru: 50

Długość 10 magnesów: 14 cm = 0,14 m

Tabela 2.1 Czas przejazdu 14 cm przez wagonik na dwóch różnych fragmentach toru.

nr obserwacji	Czas [s]
		Droga prosta (na końcu toru)	Droga na zakręcie (środek toru)
1	1,3	1,1
2	1,5	1,0
3	1,7	1,3
4	1,3	0,9
5	1,5	1,0
średnia	1,46	1,06
odchylenie	0,17	0,15

Źródło: Opracowanie własne

Wagonik na końcu toru pokonywał trasę 10 magnesów średnio o 0,4 s wolniej niż na środku. Na końcu toru magnesy są ułożone w regularny sposób, dlatego też średni czas pokonywania drogi na tym odcinku wyniósł 1,46s ± 0,17s. Na trasie, gdzie zakręt powoduje przesunięcie magnesów, średnic czas pokonania trasy wynosił 1,06s ± 0,15s.

Tabela 2.2 Prędkość wagonika podczas pokonywania trasy 14 cm na dwóch różnych fragmentach toru.

nr obserwacji	Prędkość [m/s]
		Droga prosta (na końcu toru)	Droga na zakręcie (środek toru)
1	0,11	0,13
2	0,09	0,14
3	0,08	0,11
4	0,11	0,16
5	0,09	0,14
średnia	0,10	0,13
odchylenie	0,011	0,018

Źródło: Opracowanie własne

Dzięki pomiarom czasu mogliśmy obliczyć średnie prędkości wagonika na dwóch odcinkach. Tak też na końcu toru średnia prędkość wynosiła 0,10 m/s ± 0,011 m/s. Na środku toru średnia prędkość wagonika wynosiła 0,13 m/s ± 0,018 m/s. Wyniki jednoznacznie pokazują, iż na środku toru, tam gdzie magnesy są lekko poprzesuwane, prędkość wagonika wzrastała o ok. 0,03 m/s.

2

---