Snorkraft i laveste punkt for pendel med kraftmåler

Del 2, alle hjelpemidler

Snorkraft i laveste punkt for pendel med kraftmåler

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Ei kule med masse m=1,00 kg er festet i ei snor med lengde L=2,00 m. Snora er festet i en kraftmåler som igjen er festet i et stativ. Kula trekkes ut til siden og slippes. Kraftmåleren måler snordraget når kula er på det laveste punktet. Dette gjentas for flere ulike høyder h over det laveste punktet i pendelbevegelsen.

Skisse og bilde av pendel festet i kraftmåler på stativ, med kula trukket ut til høyden h

Hjelpemiddelkrav: For hånd

Vis at formelen for snorkraften i det laveste punktet er S(h)=mg(1+2hL) hvis vi ser bort fra luftmotstand.

Nedenfor ser du resultatene av forsøket.

h/m0,100,200,300,400,500,600,700,800,901,00
S/N10,811,812,813,714,615,416,217,118,018,7
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Utforsk og vurder om formelen i a gjelder for alle verdier av h i tabellen.

Fasit

S(h)=mg(1+2hL) (vist)

Formelen stemmer godt for h≤0,4 m (avvik under 0,1 N). For h≥0,5 m er målt snorkraft lavere enn formelen gir, og avviket øker til 0,9 N (5 %) ved h=1,00 m. Formelen gjelder ikke for de største høydene, trolig fordi luftmotstanden ikke lenger kan neglisjeres.

LøsningsforslagKI-generert

Når kula svinger, virker tyngdekraften G→ og snorkraften S→ på den. Snorkraften står hele tiden vinkelrett på farten og gjør ikke arbeid. Uten luftmotstand er derfor den mekaniske energien bevart. Kula slippes fra ro i høyden h, og vi velger nullnivå i det laveste punktet:

mgh=12mv2v2=2gh

I det laveste punktet beveger kula seg i en sirkelbane med radius L. Snorkraften peker oppover mot sentrum, og tyngdekraften peker nedover. Summen av kreftene mot sentrum er sentripetalkraften:

S−mg=mv2LS=mg+m2ghL=mg(1+2hL)

Med m=1,00 kg og L=2,00 m gir formelen S(h)=9,81 N⋅(1+h/m), altså en rett linje med konstantledd 9,81 N og stigningstall 9,81 N/m. Vi regner ut modellverdiene og sammenligner med målingene:

h/m0,100,200,300,400,500,600,700,800,901,00
Målt S/N10,811,812,813,714,615,416,217,118,018,7
Modell S/N10,7911,7712,7513,7314,7215,7016,6817,6618,6419,62
Avvik /N0,010,030,05−0,03−0,12−0,30−0,48−0,56−0,64−0,92

Målt snorkraft sammen med modellen S = mg(1 + 2h/L)

For h=0,10–0,40 m ligger målingene på linja. Avvikene er mindre enn 0,1 N, som er oppløsningen til målingene, så her stemmer formelen. Lineær regresjon på de fire første punktene gir S=9,7 N/m⋅h+9,85 N, svært nær modellen.

Fra h=0,50 m blir målt snorkraft systematisk lavere enn modellen, og avviket vokser med h til 0,92 N (omtrent 5 %) ved h=1,00 m. Økningen i S per 0,10 m synker fra 1,0 N til 0,7–0,8 N, mens modellen gir en konstant økning på 0,98 N. Dette er større enn det avrundingen i måleverdiene kan forklare, så formelen gjelder ikke for de største høydene.

Vi kan tolke avviket med energi. Fra målingene er v2=(S−mg)Lm i det laveste punktet. Ved h=1,00 m gir det v2=17,8 m2/s2, mens energibevaring gir 2gh=19,6 m2/s2. Kula har altså mistet omtrent 9 % av den mekaniske energien på veien ned. Ved små høyder er tapet ikke målbart.

En rimelig forklaring er luftmotstanden, som formelen ser bort fra. Når h øker, blir farten større og veien kula tilbakelegger lengre, så luftmotstanden gjør mer (negativt) arbeid, og kula får lavere fart i det laveste punktet. Andre mulige bidrag er at snora strekker seg litt, og at kula ikke er en punktmasse, slik at radien i sirkelbanen ikke er nøyaktig L.

Konklusjon: formelen gjelder godt for h≤0,4 m, men ikke for de største verdiene av h i tabellen.

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i fysikk. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt