Ćwiczenie 1

WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH METODĄ WAŻENIA I MIERZENIA

1. Zbadać rozmiary otrzymanych próbek przy pomocy suwmiarki i śruby mikrometrycznej. Wykonywać pomiary każdej wielkości po dziesięć razy.

2. Zważyć dziesięciokrotnie badane próbki. W przypadku wagi torsyjnej nie używać próbek cięższych od 100 mg.

3. Wyznaczyć gęstość korzystając ze średnich arytmetycznych mierzonych wielkości.

W sprawozdaniu naszkicować badane próbki i podać ich gęstość oraz porównać otrzymane wyniki z danymi tablicowymi. Przeprowadzić dyskusję błędu metodą pochodnej logarytmicznej lub różniczki zupełnej.

Przyrządy:

suwmiarka, śruba mikrometryczna, waga techniczna, odważniki.

Zagadnienia:

gęstość względna, gęstość bezwzględna, masa ciała, ciężar ciała.

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R.Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 2

WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIAŁ STAŁYCH I CIECZY METODĄ WAGI HYDROSTATYCZNEJ

Przebieg ćwiczenia

A. Wyznaczanie gęstości ciał stałych.

A1. Zawiesić ciało o nieznanej gęstości na haczyku, na którym zawieszona jest szalka za pomocą cienkiej nici. Zrównoważyć wagę i zanotować masę ciała ważonego w powietrzu.

A2. Zanurzyć ciało stałe w zlewce z wodą. Zlewkę postawić na ławeczce. Zważyć ciało zanurzone1) w cieczy.

A3. Obliczyć parcie do góry i gęstość względną danego ciała.

A4. Pomiary powtórzyć dla kilku próbek wskazanych przez prowadzącego.

B. Wyznaczanie gęstości względnej cieczy

B1. Wyznaczyć ciężar dowolnego ciała stałego w powietrzu.

B2. Wyznaczyć ciężar odważników równoważących to ciało zanurzone1) w wodzie.

B3. Wlać do zlewki badaną ciecz.

B4. Wyznaczyć ciężar odważników równoważących to ciało zanurzone1) w badanej cieczy.

B5. Obliczyć gęstość względną badanej cieczy.

C. Wyznaczanie gęstości względnej ciał lżejszych od wody

C1. Wyznaczyć ciężar korka lub styropianu w powietrzu.

C2. Wyznaczyć ciężar ołowiu lub (innego metalu) zanurzonego w wodzie.

C3. Wyznaczyć ciężar odważników równoważących korek i ołów zanurzony2) całkowicie w wodzie.

C4. Obliczyć parcie do góry jakiego doznaje korek zanurzony całkowicie zanurzony
w wodzie.

C5. Obliczyć gęstość względną korka.

C6. Pomiary powtórzyć 3-krotnie.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą pochodnej logarytmicznej lub różniczki zupełnej; dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

Przyrządy:

waga techniczna, odważniki, zlewka.

Zagadnienia:

gęstość względna, gęstość bezwzględna, masa ciała, ciężar ciała, prawo Archimedesa, waga hydrostatyczna.

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1) Ciało musi być całkowicie zanurzone w cieczy.

2. Oba ciała - korek i ołów muszą być całkowicie zanurzone w wodzie.

Ćwiczenie 3

WYZNACZANIE PRZYŚPIESZENIA ZIEMSKIEGO ZA POMOCA WAHADŁA MATEMATYCZNEGO BADANIE DRGAŃ WAHADŁA SPRĘŻYNOWEGO

Przebieg ćwiczenia

A. Wahadło matematyczne.

A1. Ustalić pierwszą z podanych przez prowadzącego długości wahadła matematycznego.

A2. Zmierzyć czas 20 wahnięć.

A3. Pomiar powtórzyć 5-krotnie.

A4. Powtórzyć pomiary dla wszystkich długości podanych przez prowadzącego.

B. Wahadło sprężynowe.

B1. Zmierzyć średnicę kuli, średnicę drutu, z którego wykonana jest sprężyna, średnicę pojedynczego zwoju. W sprawozdaniu obliczyć masę kuli i masę sprężyny (materiał - stal).

B2. Sprężynę zawiesić na statywie kulką do góry, założyć szalkę.

B3. Obciążać sprężynę odważnikami od 10 g do 120 g i notować wydłużenie sprężyny x.

B4. Wykonać wykres x=f(F) i obliczyć współczynnik sprężystości k.

B5. Sprężynę zawiesić na statywie kulką w dół (zdejmując uprzednio szalkę).

B6. Zmierzyć 5-krotnie czas 20 wahnięć w powietrzu i 5 w wodzie.

B7. Obliczyć wartość współczynnika tłumienia b w wodzie.

B8. Obliczyć logarytmiczny dekrement tłumienia ë.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej; dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

Przyrządy:

śruba mikrometryczna, waga techniczna, odważniki, stoper, zlewka.

Zagadnienia:

właściwości sprężyste ciał stałych, prawo Hookea, moduł Younga, współczynnik Poissona, ruch harmoniczny prosty, drgania podłużne sprężyny obciążonej masą, przyspieszenie ziemskie, jego zależność od długości - szerokości geograficznej, równanie różniczkowe oscylatora harmonicznego, wahadło matematyczne.

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 4

WYZNACZANIE NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO PRZY POMOCY STALAGMOMETRU I WAGI TORSYJNEJ

Przebieg ćwiczenia

A. Metoda wagi torsyjnej.

A1. Zmierzyć długość boku ramki.

A2. Oczyścić ramkę w alkoholu lub w acetonie.

A3. Dokonać 10-krotnie pomiaru dla każdego rodzaju cieczy.

A4. Obliczyć napięcie powierzchniowe.

B. Metoda stalagmometru.

B1. Napełnić bańkę stalagmometru wodą destylowaną do określonej objętości.

B2. Pozwolić wypływać wodzie kroplami i policzyć ich ilość.

B3. Napełnić stalagmometr taką samą ilością innej cieczy.

B4. Pozwolić wypływać cieczy kroplami i policzyć ich ilość.

B5. Odczytać temperaturę otoczenia.

B6. Znaleźć w tablicach współczynnik napięcia powierzchniowego wody i gęstość w temperaturze otoczenia.

B7. Obliczyć współczynnik napięcia powierzchniowego cieczy.

B8. Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej; dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

Przyrządy:

waga torsyjna, suwmiarka, zlewka, stalagmometr, termometr.

Zagadnienia:

napięcie powierzchniowe (znaczenie siłowe i energetyczne), zależność napięcia powierzchniowego od temperatury, ciecze zwilżające i niezwilżające, menisk wklęsły
i wypukły, stalagmometr.

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki” - A

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna” - A i B

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 5

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY METODĄ WYPŁYWU RURKĄ WŁOSKOWATĄ

Przebieg ćwiczenia

1. Zważyć pustą zlewkę.

2. Zamknąć wylot rurki i napełnić naczynie wodą do poziomu po danego przez prowadzącego.

3. Zanotować temperaturę cieczy.

4. Podstawić zlewkę pod wylot rurki.

5. Otworzyć wylot rurki równocześnie włączając stoper i pozwolić, aby woda wypływała przez około 20-25 minut (lub wypełniła zlewkę).

6. Zamknąć wylot rurki i zatrzymać stoper. Odczytać czas wypływu ze stopera i końcowy poziom wody w naczyniu z rurką.

7. Zważyć zlewkę z wodą.

8. Korzystając z prawa Hagena - Poiseuill'a obliczyć współczynnik lepkości.

9. Powtórzyć pomiary dla innego poziomu cieczy.

Średnica rurki - (1,007 ± 0,001) mm;

długość rurki - (196,5 ± 0,5) mm;

wysokość h - (210 ± 2) mm.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej lub różniczki zupełnej.

Uwaga. Używać tylko wody destylowanej!

Przyrządy:

naczynie z bocznym otworem i rurką włoskowatą, dwie zlewki, stoper.

Zagadnienia:

ruch laminarny, ruch burzliwy (turbulentny), lepkość, współczynnik lepkości cieczy, liczba Reynoldsa, wzór Poiseuillea, równanie Bernoulliego.

Literatura:

A. Zawadzki, H. Hofmokl: „Laboratorium fizyczne”

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 6

MIKROSKOP. CECHOWANIE OKULARU MIKROMETRYCZNEGO I WYZNACZANIE ROZMIARÓW MAŁYCH PRZEDMIOTÓW

Przebieg ćwiczenia

1. W miejsce jednego z okularów wstawić okular mikrometryczny.

2. Patrząc przez okular mikrometryczny ustawić go na ostre widzenie krzyża z „nici pajęczych”.

3. Położyć siatkę dyfrakcyjną na stoliku mikroskopu (wykorzystujemy siatkę dyfrakcyjną jako obiekt wzorcowy - odległość między dwoma liniami siatki 0,005 mm).

4. Ustawić mikroskop na ostre widzenie siatki.

5. Przeprowadzić cechowanie okularu mikrometrycznego tj.:

- obracając okular mikrometryczny ustawić go tak, aby krzyż z „nici pajęczych” poruszał się prostopadle do linii siatki dyfrakcyjnej;

- ustawić krzyż na dowolnie wybraną linię siatki i zanotować jego położenie;

- przesunąć krzyż o określoną ilość linii np. 20 lub 50 i zanotować położenie tej linii.

6. Obliczyć o ile został przesunięty krzyż.

7. Powtórzyć cechowanie okularu mikrometrycznego 5-krotnie.

8. Zdjąć siatkę ze stolika, położyć badany przedmiot.

9. Określić 5-krotnie rozmiary próbek wskazanych przez prowadzącego.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej zakładając, że wartość stałej siatki dyfrakcyjnej nie jest obarczona błędem. Dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

Przyrządy:

mikroskop, siatka dyfrakcyjna, okular mikrometryczny.

Zagadnienia:

budowa mikroskopu optycznego, bieg promieni świetlnych w mikroskopie, powiększenie, zdolność rozdzielcza mikroskopu, cechowanie okularu mikrometrycznego.

Literatura:

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 7

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA PRZY POMOCY MIKROSKOPU

Przebieg ćwiczenia

1. Położyć na stoliku mikroskopu otrzymaną od prowadzącego płytkę równoległościenną z dwiema rysami, jedną na górnej powierzchni, drugą na wprost pierwszej na dolnej powierzchni.

2. Nastawić mikroskop na ostre widzenie rysy górnej i odczytać położenie pokrętła ruchu drobnego1) mikroskopu.

3. Nastawić mikroskop na ostre widzenie rysy dolnej. Używać należy tylko pokrętła ruchu drobnego mikroskopu licząc ilość pełnych obrotów. Odczytać położenie pokrętła ruchu drobnego mikroskopu.

4. Obliczyć odległość pozornego obrazu rysy dolnej.

5. Powtórzyć czynności z punktów 2 do 4 pięciokrotnie.

6. Wyznaczyć 10 razy grubość płytki równoległościennej za pomocą śruby mikrometrycznej.

7. Obliczyć wartość średnią dla odległości pozornego obrazu oraz grubość płytki i współczynnik załamania światła badanego materiału.

8. Wykonać pomiary dla dwóch różnych powiększeń mikroskopu.

9. Powtórzyć czynności z punktów 1 do 8 dla drugiej płytki otrzymanej od prowadzącego.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej; dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej. Porównać wartości współczynnika załamania światła i błędu dla obu powiększeń.

Przyrządy:

mikroskop, śruba mikrometryczna, płytki równoległościenne.

Zagadnienia:

prawo załamania promieni świetlnych, powstawanie obrazu rzeczywistego i pozornego, współczynnik załamania światła, pozorna zmiana grubości.

Literatura:

A. Zawadzki, H. Hofmokl: „Laboratorium fizyczne”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1) Pokrętło ruchu drobnego ma podziałkę o 50 działkach, natomiast sąsiadujące pokrętło ruchu zgrubnego ma 4 równo od siebie rozmieszczone na obwodzie wskaźniki. Obrót pokrętła ruchu drobnego o jedną działkę daje przesunięcie stolika o 0,01 mm, a więc pełny obrót pokrętła ruchu drobnego przesuwa stolik o 0,5 mm.

Ćwiczenie 8

WYZNACZANIE PROMIENIA KRZYWIZNY PRZY POMOCY SFEROMETRU

Przebieg ćwiczenia

1. Zanotować na ile części podzielony jest obwód tarczy sferometru.

2. Zmierzyć przy użyciu suwmiarki odległość między skrajnymi podziałkami nieruchomej skali pionowej. Sprawdzić jakie jest przemieszczenie brzegu tarczy obrotowej wzdłuż nieruchomej skali podczas jednego pełnego obrotu. Określić skok śruby.

3. Ustawić sferometr na białej kartce papieru i odcisnąć ślad nóżek. 10 razy zmierzyć odległość między poszczególnymi śladami par nóżek.

4. Ustawić sferometr na szklanej płytce i określić położenie punktu zerowego (10-krotnie).

5. Wyznaczyć promienie badanych luster przy użyciu sferometru (10-krotnie dla każdego lustra).

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej. Dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

Przyrządy:

sferometr, suwmiarka, lustra, płytka szklana.

Zagadnienia:

sferometr, soczewki, równanie soczewki, sposób wyznaczania promienia krzywizny za pomocą sferometru.

Literatura:

A. Zawadzki, H. Hofmokl: „Laboratorium fizyczne”

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 10

WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI ROZCHODZENIA SIĘ DŹWIĘKU W CIELE STAŁYM ORAZ MODUŁU YOUNGA PRZY POMOCY RURY KUNDTA. WYZNACZANIE CZĘSTOTLIWOŚCI GENERATORA ZA POMOCĄ REZONANSU AKUSTYCZNEGO - RURA QUINCKEGO

Przebieg ćwiczenia

A. Rura Kundta

A1. Zmierzyć długość pręta L.

A2. Zmontować zestaw mocując pręt w środku jego długości.

A3. Sproszkowany korek ułożyć wąskim pasmem wzdłuż rury.

A4. Pocierać podłużnie wolny koniec pręta szmatką posypaną kalafonią.

A5. Dobierając położenie tarczy tłoczka doprowadzić do ułożenia się pyłu korkowego w sposób pozwalający na odczyt długości fali.

A6. Zmierzyć odstęp pomiędzy tłoczkami i zanotować ilość widocznych węzłów lub strzałek; z tego pomiaru obliczyć odstęp pomiędzy węzłami fali stojącej.

A7. Odczytać temperaturę w pomieszczeniu.

A8. Obliczyć prędkość dźwięku i modułu Younga dla badanego pręta.

B. Wyznaczanie częstotliwości generatora metodą rezonansu

B1. Ustawić przełącznik generatora w jedno z położeń (1A, 2A, itd.).

B2. Podnosząc ruchome naczynie z wodą obniżać jej poziom w rurze Quinckego.

B3. Znaleźć i zanotować pierwsze położenie rezonansowe.

B4. Obniżając poziom wody w rurze znaleźć położenie II rezonansu.

B5. Poszukiwanie pozycji I i II rezonansu powtórzyć 10-krotnie opuszczając i podnosząc ruchomy zbiornik1).

B6. Dokonać pomiarów dla wszystkich sześciu częstotliwości dostępnych w generatorze, tj. A1, A2, A3, B1, B2, B3.

Przyrządy:

rura Kundta, sproszkowany korek, przymiar milimetrowy, rura Quinckiego, generator.

Zagadnienia:

fale sprężyste, równanie falowe, fale podłużne i poprzeczne, prędkość dźwięku w ciałach stałych, moduł Younga, moduł sztywności, interferencja.

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1) W celu zmniejszenia błędów pomiarowych można znaleźć położenie dalszych rezonansów (np. III, IV) i mierzyć odległość między dwoma skrajnymi rezonansami możliwymi do uzyskania przy zadanej częstotliwości.

Ćwiczenie 11

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA. WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ JEDNOSTRONNEGO ROZCIĄGANIA

Przebieg ćwiczenia

A. Metoda strzałki ugięcia

A1. Zmierzyć w dziesięciu różnych miejscach grubość i szerokość belki za pomocą śruby mikrometrycznej.

A2. Umieścić belkę aluminiową na pryzmatach i 3-krotnie zmierzyć jej długość (odległość między miejscami podparcia).

A3. Zwrócić uwagę, by uchwyt na czujnik znalazł się dokładnie pośrodku pomiędzy pryzmatami.

A4. Wyzerować czujnik mikrometryczny (bez obciążenia).

A5. Obciążając belkę skokowo ciężarkami po 50 gram aż do 500 gram (10 ciężarków) odczytywać strzałkę ugięcia na czujniku mikrometrycznym.

A6. Zdejmując obciążenie odczytywać strzałkę ugięcia.

A7. Pomiary z punktów 3-5 powtórzyć 3-krotnie.

A8. Obliczyć średnią arytmetyczną strzałki ugięcia dla każdego obciążenia (najpierw liczymy średnią arytmetyczną z wartości strzałki ugięcia przy obciążeniach narastających i zmniejszających się dla każdej z trzech serii pomiarowych, następnie średnią arytmetyczną z tych serii).

A9. Obliczyć moduł Younga dla badanej belki metodą wyrównawczą Gaussa [1].

A10. Korzystając z obliczonych metodą wyrównawczą Gaussa parametrów, narysować wykres s=f(p), gdzie s - średnia strzałka ugięcia z trzech pomiarów, p - masa obciążenia.

A11. Otrzymane wyniki porównać z danymi tablicowymi dla aluminium oraz przeprowadzić dyskusję błędów (obliczyć błąd procentowy względem wartości tablicowej).

B. Metoda jednostronnego rozciągania.

B1. Zmierzyć 10-krotnie średnicę zamocowanego drutu.

B2. W celu wyprostowania drutu obciążyć go ciężarkami 600 gram (tzw. obciążenie wstępne, zwykle jest ono już zawieszone).

B3. Wyzerować czujnik mikrometryczny1) (z obciążeniem wstępnym).

B4. Obciążając drut ciężarkami po 50 gram (10 ciężarków) odczytywać wydłużenie na czujniku mikrometrycznym.

B5. Dokonać odczytu wydłużenia przy zdejmowaniu obciążenia.

B6. Pomiary z punktów 4 i 5 powtórzyć 3 razy.

B7. Obliczyć średnią arytmetyczną wydłużenia dla każdego obciążenia (najpierw liczymy średnią arytmetyczną z wartości wydłużenia przy obciążeniach narastających i zmniejszających się dla każdej z trzech serii pomiarowych, następnie średnią arytmetyczną z tych serii).

B8. Obliczyć moduł Younga dla badanego pręta metodą graficzną (metodą wyrównawczą Gaussa [1]).

B9. Korzystając z obliczonych metodą wyrównawczą Gaussa parametrów, narysować wykres Δl=f(p), gdzie Δl - średnie wydłużenie z trzech pomiarów, p - obciążenie.

B10. Otrzymane wyniki porównać z danymi tablicowymi dla miedzi oraz przeprowadzić dyskusję błędów (obliczyć błąd procentowy względem wartości tablicowej).

Uwaga: długość pręta (drutu) l = (162 ± 0,2) cm. Te dane mogą ulec zmianie!
Potwierdź u prowadzącego zajęcia!

Przyrządy:

czujnik mikrometryczny, ciężarki, śruba mikrometryczna.

Zagadnienia:

naprężenia w ciałach stałych, prawo Hooke'a, granice stosowalności prawa Hooke'a, moduł Younga, moduł sztywności, współczynnik Poissona, strzałka ugięcia.

Literatura:

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1) Zerowanie czujnika mikrometrycznego jest możliwe poprzez obrót zewnętrznego pierścienia czujnika.

Ćwiczenie 12

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ

Przebieg ćwiczenia

1. Zmierzyć 3 razy długość pręta (drutu).

2. Zmierzyć 10-krotnie średnicę pręta w różnych miejscach śrubą mikrometryczną.

3. Wyznaczyć średnią odległość między osią obrotu a otworami na tarczy.

4. Obrócić nieobciążoną tarczę o kąt mniejszy od đ, puścić i zmierzyć okres 10 pełnych wahnięć. Powtórzyć pomiar 3 razy.

5. Obciążyć tarczę ciężarkami o numerach od 1 do 4 umieszczając je w otworach tarczy.

6. Wykonać pomiary jak w punkcie 4 (dla obciążonej tarczy).

7. Obciążyć dodatkowo tarczę ciężarkami o numerach od 5 do 8 umieszczając je w otworach ciężarków o numerach 1-4.

8. Wykonać pomiary jak w punkcie 4 (dla obciążonej tarczy).

9. Obciążyć dodatkowo tarczę ciężarkami o numerach od 9 do 12 umieszczając je w otworach ciężarków o numerach 5-8.

10. Wykonać pomiary jak w punkcie 4 (dla obciążonej tarczy).

11. Obliczyć moduł sztywności dla badanego pręta.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej.

MASY ODWAŻNIKÓW (w gramach z dokładnością ±0,01 g):

1 - 90,81 5 - 83,22  9 - 40,72

2 - 87,84 6 - 84,37 10 - 43,50

3 - 93,71 7 - 83,88 11 - 44,23

4 - 91,86 8 - 81,32 12 - 44,63

Przyrządy:

stanowisko do wyznaczania modułu sztywności, pręt, stoper, zestaw odważników.

Zagadnienia:

właściwości sprężyste ciał, rodzaje odkształceń, prawo Hooke'a, granice stosowalności prawa Hooke'a, moduł sztywności, ruch obrotowy, moment bezwładności, prawo Steinera, ruch harmoniczny.

Literatura:

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 13

WYZNACZANIE OGNISKOWEJ SOCZEWKI CIENKIEJ (RÓŻNYMI METODAMI)

Przebieg ćwiczenia

1. Ustawić na ławie optycznej oświetlacz, przedmiot, soczewkę, ekran, zanotować zdolność skupiającą soczewki.

2. Oddalając soczewkę od przedmiotu (tj. mocując ją w odległościach np. 5, 5.5, 6, 7, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35 cm) poszukiwać dla każdego położenia soczewki ostrego obrazu na ekranie. Odczytywać odległości przedmiot-ekran i odległości przedmiot-soczewka. Narysować wykres odległości przedmiot-ekran w funkcji odległości przedmiot-soczewka. Ogniskową wyznaczyć z położenia minimum oraz asymptot hiperboli.

3. Ustawić jako przedmiot płytkę ze szczelinami (uprzednio należy zmierzyć odległość między szczelinami). Oddalając soczewkę od przedmiotu (tj. mocując ją w odległościach np. 5, 5.5, 6, 7, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35 cm) poszukiwać dla każdego położenia soczewki ostrego obrazu na ekranie. Odczytywać wysokości obrazu na ekranie (korzystając z znajdującego się tam papieru milimetrowego) oraz odległości ekran-soczewka. Narysować wykres powiększenia w funkcji odległości ekran-soczewka. Ogniskową wyznaczyć z wykresu.

4. Dla pięciu różnych odległości przedmiot-ekran wyznaczyć ogniskową soczewki cienkiej metodą Bessela.

5. Metodą Bessela wyznaczyć zdolność skupiającą soczewki rozpraszającej (zestawiając układ optyczny soczewka skupiająca -soczewka rozpraszająca).

6. Przeprowadzić dyskusję błędów obliczając błędy procentowe względem wartości zdolności skupiającej podanych na oprawie soczewek.

Przyrządy:

suwmiarka, ława optyczna, soczewki.

Zagadnienia:

soczewki, równanie soczewki, konstruowanie obrazów, metody określania ogniskowej soczewek skupiających i rozpraszających.

Literatura:

A. Zawadzki, H. Hofmokl: „Laboratorium fizyczne”

T. Szydłowski, Pracownia Fizyczna

Ćwiczenie 14

WYZNACZANIE DŁUGOŚCI FALI ŚWIETLNEJ ZA POMOCĄ SPEKTROMETRU

Przebieg ćwiczenia

1. Na stoliku spektroskopu umieścić siatkę dyfrakcyjną. W obecności prowadzącego załączyć źródło światła.

2. Zanotować położenie linii 0-wego rzędu (prążek żółto - biały). Przy odczytywaniu kąta należy używać noniusza1).

3. Obracać lunetę do otrzymania widma ugiętego I rzędu.

4. Zanotować położenie kolejnych linii widma I rzędu po prawej i po lewej stronie.

5. Powtórzyć dla widma II rzędu.

6. W sprawozdaniu obliczyć długość fali kolejnych linii widmowych, narysować widmo źródła światła.

7. Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej.

Uwaga: Nie patrzeć bezpośrednio na źródło światła (lampę). Nie wyłączać źródła światła przed zakończeniem ćwiczenia.  Nie przesuwać soczewek spektroskopu.

Przyrządy:
źródło światła, spektroskop, siatka dyfrakcyjna.

Zagadnienia:

światło jako fala, zjawiska falowe, emisja światła przez ciała świecące, widma liniowe, ciągłe, absorpcyjne i fluorescencyjne, budowa spektroskopu, warunek wzmocnienia promieni ugiętych na siatce dyfrakcyjnej.

Literatura:

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

T. Szydłowski, Pracownia Fizyczna

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1) Proszę zwrócić uwagę na to, że noniusz jest dwustronny; każda połówka jest podzielona na 12 części, co daje dokładność pomiaru kąta do 5' (minut kątowych).

Ćwiczenie 15

Wyznaczanie momentu bezwładności bryły metodą stolika obrotowego

Przebieg ćwiczenia

1. Prowadzący zajęcia wyznacza rodzaj badanych obciążników oraz ich ustawienie względem osi stolika balansowego.

2. Zmierzyć średnicę obciążników i zważyć je.

3. Wyznaczyć odległość między osią obrotu stolika a otworami na tarczy stolika.

4. Obrócić nieobciążoną tarczę o kąt mniejszy od đ, puścić i zmierzyć okres 10 pełnych wahnięć. Powtórzyć pomiar 3 razy.

5. Obciążyć tarczę obciążnikami koncentrycznie (umieszczając je w otworach tarczy).

6. Wykonać pomiary jak w punkcie 4 (dla obciążonej tarczy).

7. Obciążyć tarczę obciążnikami nie koncentrycznie (nie współosiowo).

8. Wykonać pomiary jak w punkcie 4.

9. Powtarzając punkty od 5 do 8 wykonać pomiary dla reszty brył (obciążników) wyznaczonych przez prowadzącego.

W sprawozdaniu należy dla jednego z pomiarów sprawdzić twierdzenie Steinera (proszę wykorzystać zależności geometryczne do obliczenia momentu bezwładności obu położeń obciążenia), a wykorzystując pomiary dla drugiego obciążnika wyznaczyć moment bezwładności bryły korzystając
z twierdzenia Steinera.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej.

Przyrządy:

Stanowisko (stolik balansowy), stoper, suwmiarka, zestaw odważników.

Zagadnienia:

ruch obrotowy, moment bezwładności, prawo Steinera, ruch harmoniczny.

Literatura:

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 16

Wahadła sprzężone

Przebieg ćwiczenia

1. Prowadzący zajęcia wyznacza rodzaj obciążników wahadeł oraz rozstaw osi wahadeł.
Zakładamy w tym ćwiczeniu, że masa wahadła jest masą obciążnika, a odległość środka ciężkości wahadła od osi obrotu jest to suma odległości o osi wahadła do obciążnika plus połowa średnicy obciążnika.

2. Wyregulować zamocowanie obciążników wahadeł (gwint) tak, aby okresy obu wahadeł były równe (oczywiście bez sprzężenia).

3. Zmierzyć 3-krotnie średnicę obciążnika oraz odległość od osi wahadła do obciążnika dla obu wahadeł.

4. Zmierzyć czas 10 pełnych wahnięć każdego wahadła. Powtórzyć pomiar 3 razy.

5. Wykonać za pomocą nici ciężarka (w kształcie dwu połączonych kulek) sprzężenie obu wahadeł. Odległość od punktu zaczepienia nici do osi wahadła s ustawić na 10 cm w obu wahadłach.

6. Wykonać pomiary czasu dziesięciu wahnięć dla drgań normalnych pierwszych i drugich (t₁ i t₂).

7. Wyznaczyć czas kilku dudnień t_d .

8. Zwiększyć o 1 cm odległość s punktu zaczepienia siły sprzęgającej.

9. Wykonać pomiary jak w punkcie 7.

10. Powtarzać czynności 8 i 9 jeszcze co najmniej osiem razy.

W sprawozdaniu obliczyć: okres, częstotliwość drgań swobodnych pojedyńczego wahadła, jego moment bezwładności J, okres drgań normalnych pierwszego drgania normalnego (T₁ , ů₁) i drugiego drgania normalnego (T₂ , ů₂) oraz dudnień (T_d , ů_d); oraz moment sprzęgający D_s dla każdego pomiaru. Ponadto, należy wykonać wykres momentu sprzęgającego D_s od odległości s punktu zaczepienia siły sprzęgającej i zaznaczyć na nim wcześniej wyliczone błędy ?D_s i ?s.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej okresu drgań swobodnych pojedyńczego wahadła oraz jego moment bezwładności.

Przyrządy:

stanowisko z wahadłami sprzężonymi, suwmiarka, ewentualnie przymiar milimetrowy, stoper, zestaw odważników.

Zagadnienia:

Moment bezwładności, wahadło fizyczne, prawo Steinera, ruch harmoniczny, drgania normalne, dudnienia.

Literatura:

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Ćwiczenie 20

WYZNACZANIE LEPKOŚCI METODĄ STOKESA

Przebieg ćwiczenia

1. Zmierzyć wewnętrzną średnicę cylindra zawierającego olej.

2. Do biurety nalać wody; podstawić zlewkę. Wypuszczając z biurety 2cm wody licząc krople. Po dokonaniu tego pomiaru nie przestawiać kurka biurety.

3. Pod wylot biurety podstawić cylinder z olejem. Dla 20 kropel zmierzyć średni czas ruchu na określonej drodze1).

4. Obliczyć średni promień kropli.

5. Obliczyć średnią prędkość kropli.

6. Korzystając z prawa Stokesa obliczyć współczynnik lepkości.

Gęstość oleju = 0,871 g/cm3.

Uwaga! Te dane mogą ulec zmianie! Potwierdz u prowadzącego zajęcia!

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej. Dla wielkości mierzonych wielokrotnie obliczać błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej.

Uwaga. Nie zanieczyścić wylotu biurety olejem.

Przyrządy:

menzurka z olejem, biureta, woda destylowana, stoper, przymiar kreskowy lub suwmiarka.

Zagadnienia:

lepkość, współczynnik lepkości cieczy, ruch laminarny, ruch burzliwy (turbulentny), liczba Reynoldsa, wzór Stokesa, prawo Archimedesa.

Literatura:

T. Dryński: „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1) Droga, wzdłuż której będzie mierzona prędkości kropli musi być tak dobrana, aby kropla poruszała się w oleju ruchem jednostajnym.

Ćwiczenie 32

WYZNACZANIE CIEPŁA TOPNIENIA LODU

Przebieg ćwiczenia

1. Zważyć suche naczynie wewnętrzne kalorymetru wraz z przykrywką i mieszadełkiem
(m1 ), ale bez termometru z korkiem.

2. Nalać lekko podgrzanej wody (?35oC) do około 1/3 objętości kalorymetru i ponownie zważyć (m2 ).

3. Złożyć kalorymetr, odczekać chwilę aż temperatura wody w kalorymetrze się ustali i zanotować ją (t1 ).

4. Osuszyć kawałek lodu (o temperaturze 0oC 1)) i wrzucić do wody w kalorymetrze.

5. Mieszając mieszadełkiem zmierzyć najniższą temperaturę wody po stopieniu lodu (t3 ).

6. Zważyć ponownie naczynie wewnętrzne kalorymetru wraz z przykrywką i mieszadełkiem (m3) i obliczyć masę lodu (wody powstałej z roztopienia lodu).

7. Wylać wodę i osuszyć kalorymetr.

Przeprowadzić dyskusję błędu metodą różniczki zupełnej lub pochodnej logarytmicznej.

Ciepło właściwe kalorymetru - ck = 896 J/kg K

Ciepło właściwe wody - cw = 4186 J/kg K

Przyrządy:

kalorymetr, lód, termometr, waga techniczna, odważniki, zlewka.

Zagadnienia:

energia wewnętrzna, ciepło, temperatura, pojemność cieplna, ciepło właściwe, sposoby przekazywania ciepła (przewodnictwo, promieniowanie, konwekcja).

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

H. Szydłowski, „Pracownia fizyczna”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

1. Lód o temperaturze 0oC otrzymujemy z mieszaniny wody z lodem, którą należy przygotować na początku ćwiczenia.

Ćwiczenie 33

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ROZSZERZALNOŚCI OBJĘTOŚCIOWEJ WODY

Przebieg ćwiczenia

1. Kolbę z biuretą napełnioną wodą do kreski oznaczonej "4" wstawić do zlewki z wodą.

2. Zagrzać wodę.

3. Stopniowo dolewać ciepłą wodę do zlewki.

Uwaga. Nie przekroczyć temperatury 50oC !

4. Mierzyć temperaturę co kilka stopni i notować poziom cieczy - przyrost objętości w biurecie ?V.

5. Wrzucając drobne kawałki lodu do zlewki, chłodzić do temperatury pokojowej notując ponownie temperaturę i ?V.

6. Wykonać wspólny wykres ?V(T) dla procesu ogrzewania i chłodzenia (na papierze milimetrowym).

7. Korzystając z wykresu obliczyć współczynnik rozszerzalności wody.

8. Obliczyć błąd % względem wartości tablicowej.

Uwaga.

masa pustej kolby z korkiem i biuretą mo = 136,780 g

masa kolby napełnionej wodą do kreski oznaczonej "4"

mo + mw = 235,370 g.

Przyrządy:

kolba z biuretą, zlewka, termometr.

Zagadnienia:

energia wewnętrzna, ciepło, temperatura, pojemność cieplna, ciepło właściwe.

Literatura:

T. Dryński, „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki”

D. Halliday, R. Resnick, Fizyka

Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach, Katedra Materiałoznawstwa

---