Middelpuntzoekende kracht - hulp gevraagd
Danique stelde deze vraag op 22 september 2024 om 16:10.Goedemiddag,
Ik ben momenteel bezig met een natuurkundeopdracht, maar ik loop enigszins vast en hoop dat iemand mij verder kan helpen.
De opdracht is gebaseerd op een practicum. Hiervoor werd het houten blokje m vastgemaakt aan een touwtje, het touwtje door een buisje gehaald en het andere uiteinde vastgemaakt aan messing blokje M. De proefopstelling is te zien in foto A.
Vervolgens neemt men het buisje en draait de opstelling rond, zodat m een cirkelbaan beschrijft. Er is sprake van een middelpuntzoekende kracht.
De formules die bij de opdracht stonden (1 en 2)
konden samengevoegd worden tot de formule 3.
Deze formule kon weer worden omgevormd naar formule 4.
Uit het figuur heb ik 5 en 6 kunnen afleiden.
Deze kunnen samengevoegd worden tot 7.
Op die manier is sin(a) weggewerkt.
Nu moet ik T^2 bij l = 1,0 m berekenen. Op dit punt weet ik niet hoe ik verder moet. Om T^2 te berekenen heb ik r nodig. Die zou ik uit 7 kunnen halen, maar daarvoor heb ik weer de Fmpz nodig en ik weet niet hoe ik op deze zou kunnen komen.
Daarnaast ben ik erg in de war door Mg=mv^2/r. Mg zou gelijk moeten zijn aan Fmpz, maar vanwege de hoek waarin m draait is dit niet geheel correct, toch? Dit blijkt ook uit Fmpz = rMg/l, lijkt me, gezien het feit dat de straal en L niet helemaal gelijk zijn.
Kan iemand mij verder helpen? Alvast bedankt.
Met vriendelijke groet,
Danique
Reacties
Het lijkt een beetje op dit experiment (van een Amerikaanse school): https://www.docfizzix.com/physics/9.0_centripital_force_lab.pdf
Dag Danique,
Je schrijft: 'Mg zou gelijk moeten zijn aan Fmpz, maar vanwege de hoek waarin m draait is dit niet geheel correct, toch?'
Inderdaad is $M\cdot g$ niet gelijk aan Fmpz. Immers, in de kleine driehoek rechts is M⋅g de schuine zijde en is Fmpz een rechthoekszijde. De schuine zijde wint.
Zodoende zijn je formules 2, 3 en 4 niet juist.
Wel bruikbaar zijn de formules 5 en 6, waaruit je 7 correct hebt afgeleid.
In formule 7: vervang Fmpz door iets met m, r en T.
Los $T^2$ op uit de 'nieuwe formule 7'.
Aangenomen dat de massa's m en M bekend zijn, kun je gaan rekenen.
Groet, Jaap
Allen grote dank voor de suggesties. Op een moment waarop ik meer tijd heb om gefocust met de vraagstelling bezig te zijn zal ik met behulp van uw opmerkingen proberen de fouten weg te werken.
(Daarnaast misschien nog een stomme vraag, maar was Fmpz = m*v^2/r hier nou wel of niet van toepassing?)
Dag Danique,
Ja, $F_\text{mpz}=m\cdot v^2/r$ is van toepassing, met r is de baanstraal, dat is de horizontale afstand tussen m en de rotatie-as.
Groet, Jaap
Goedenavond,
Ik zou graag nog een vervolgvraag willen indienen. Inmiddels heb ik de formule omgevormd tot T^2 = l * (4π^2m/Mg). Hiermee moest de T^2 van l = 1,0 m berekend worden. Vervolgens moest er een grafiek opgezet worden met deze waarde en de gemeten waardes tijdens het practicum. Het resultaat was onderstaande grafiek. Nu weet ik alleen niet of ik de vraagstelling correct geïnterpreteerd heb. Wordt met de rechte lijn door de oorsprong wel degelijk die van l = 1,0 m bedoeld? Alvast bedankt.
Als T2 = constante * I
dan moet voor I=0 ook T2 =0
Dag Danique,
ALS bij l=1,0 m inderdaad een T² van 0,4 s² hoort dan heb je de opdracht correct uitgevoerd. En het resultaat "lijkt wel ergens op" :)
Netjes...
Groet, Jan
Dag Danique,
Je vraagt naar 'de rechte lijn door de oorsprong'. Dat staat bij de derde stip:
'De $T^2(L)$-grafiek moet, als het goed is, een rechte lijn door de oorsprong opleveren'.
Dat je correcte verband $T^2=\frac{4\cdot\pi^2\cdot m}{M\cdot g}\cdot L$ een rechte door de oorsprong en het berekende (niet al draaiend gemeten) oranje punt bij L=1 m oplevert, is een open deur. Het spreekt vanzelf. Daarom vermoed ik dat de instructie anders bedoeld is.
Namelijk zo: lees stip 3 en 4 samen als een geheel. Dan wordt met de rechte lijn door de oorsprong bedoeld: volgens je formule is te verwachten dat de 'gemeten punten' nabij een rechte door de oorsprong liggen. Dat zijn de blauwe punten tussen L=0,15 en 0,45 m die je al draaiend hebt gevonden.
Als ik je docent was zou ik met stip 5 bedoelen: kijk alleen naar de 'gemeten punten' en bereken de richtingscoëfficiënt k (aka steilheid, hellinggetal) van de rechte door de oorsprong die het best past bij de gemeten punten. Zonder het berekende punt bij L=1 m.
Je kunt k berekenen met je grafische rekenmachine of Excel.
Vervolgens kun je bij stip 6 een conclusie trekken over de valversnelling g aan de hand van k en de gemeten massa's m en M.
Hoe lijkt je dit?
Groet, Jaap
Oké, nogmaals bedankt voor alle hulp. Deze opdracht bracht mij best wel aan het twijfelen vanwege de onduidelijkheid omtrent de manier waarop r en L beschreven waren op het opdrachtblad, zeker omdat de docent bij vragen nogal mysterieus sprak over een zogenaamde "fout in de opdracht"...
Gelukkig heb ik met de hulp van alle suggesties dit toch tot een redelijk succesvol einde kunde brengen.