Tujuan
Menyiasat bagaimana inersia suatu objek, ditunjukkan oleh tempoh ayunannya pada neraca inersia, bergantung pada jisimnya.
Pemboleh ubah
- Dimanipulasi: Jisim yang dibebankan pada neraca inersia, m
- Bergerak balas: Tempoh ayunan mengufuk, T
- Dimalarkan: Neraca inersia (kekukuhannya) dan amplitud ayunan
Radas & bahan
- Neraca inersia (atau bilah gergaji besi yang diapit pada meja)
- Jisim berslot
- Pengapit G
- Jam randik
- Kaki retort
Prosedur
- Apit neraca inersia dengan kukuh pada tepi meja supaya dulangnya boleh berayun mengufuk.
- Letakkan jisim m = 100 g pada dulang.
- Sesarkan dulang sejarak tetap ke satu sisi dan lepaskannya supaya berayun mengufuk.
- Ukur masa 10 ayunan lengkap dan rekod t; kira T = t / 10.
- Ulang untuk m = 200, 300, 400 dan 500 g.
- Rekod m, t dan T, dan kira T² bagi setiap jisim.
Menjadualkan keputusan
Rekod jisim m dalam g (atau kg), masa 10 ayunan t dalam s, tempoh T = t / 10 dalam s, dan T² dalam s². Kekalkan bilangan tempat perpuluhan yang konsisten.
Graf
Plot T² (paksi-y) melawan m (paksi-x). Garis lurus menunjukkan jisim yang lebih besar memberi tempoh yang lebih panjang, dan T² berkadar terus dengan m.
Analisis
Jisim yang lebih besar mempunyai inersia yang lebih besar, jadi ia lebih menentang perubahan gerakannya dan mengambil masa lebih lama untuk melengkapkan setiap ayunan. Tempoh T (dan T²) oleh itu bertambah apabila jisim bertambah.
Langkah berjaga-jaga
- Guna amplitud yang sama setiap kali supaya hanya jisim yang berubah.
- Pastikan pengapit memegang neraca dengan kukuh supaya tiada tenaga hilang ke meja.
- Kira ayunan dari titik ayunan yang sama.
Daya dan Gerakan I · Kemahiran graf
Bacaan contoh dan maksudnya
Ini ialah bacaan contoh, bukan skema pemarkahan. Bagi jisim m = 100, 200, 300, 400, 500 g pada neraca inersia, tempoh T meningkat daripada kira-kira 0.40 s kepada 0.89 s, memberikan T² kira-kira 0.16, 0.32, 0.48, 0.64 dan 0.80 s².
Coraknya ialah beban yang lebih berat berayun lebih perlahan. Jisim itu mempunyai lebih banyak inersia, jadi ia lebih kuat menentang perubahan gerakan bilah dan setiap ayunan mengambil masa lebih lama.
Oleh sebab masa singkat, kira 10 (atau lebih) ayunan dan bahagikan, bukan mengukur satu. Lajur terbitan menunjukkan hubungan sebenar: T² berkadar terus dengan m, T² menjadi dua kali ganda daripada 0.16 s² kepada 0.32 s² apabila m berganda daripada 100 g kepada 200 g.
Ini ialah ayunan mengufuk, jadi graviti bukan daya pemulih; kekenyalan bilah itulah daya pemulih, sebab itulah keputusan bergantung pada inersia dan bukan berat.
Membaca graf dan mencari jawapan
Plot T² / s² pada paksi-y melawan m / kg pada paksi-x. Titik-titik memberi garis lurus, menunjukkan T² bertambah berkadar terus dengan jisim, jisim lebih besar, inersia lebih besar, tempoh lebih panjang.
Ambil kecerunan daripada segi tiga besar pada garis penyuaian terbaik. Menggunakan (0.100 kg, 0.16 s²) dan (0.500 kg, 0.80 s²): kecerunan = (0.80 − 0.16) s² ÷ (0.500 − 0.100) kg = 0.64 s² ÷ 0.400 kg = 1.6 s² kg⁻¹.
Kecerunan positif yang tetap ialah pernyataan kuantitatif bahawa inersia meningkat dengan jisim; bagi neraca inersia T² = (4π²/k) m, jadi kecerunan bersamaan 4π²/k, dengan k ialah kekukuhan bilah. Bacaan utama graf ialah bahawa garis lurus berkecerunan positif menghubungkan tempoh kuasa dua dengan jisim, mengesahkan tujuan.
Markah yang dicari pemeriksa
Nyatakan pemboleh ubah: dimanipulasikan m / g, bergerak balas T / s, dengan neraca yang sama (kekukuhannya) dan amplitud yang sama dikekalkan malar. Menggunakan sesaran permulaan yang sama setiap kali ialah titik ujian adil, kerana tempoh mesti bergantung pada jisim sahaja, bukan pada betapa kuat anda menolak dulang.
Apit bilah dengan kukuh supaya tiada tenaga bocor ke meja, dan kira ayunan dari titik ayunan yang sama. Jadualkan m / g, t / s bagi 10 ayunan, T / s dan T² / s², dengan unit dalam tajuk dan tempat perpuluhan yang konsisten.
Pada graf, lukis satu garis lurus penyuaian terbaik dan komen bahawa kecerunan positifnya menunjukkan inersia meningkat dengan jisim. Kesimpulan yang menyatakan T² ∝ m dan menerangkannya dari segi inersia, jisim yang lebih besar lebih menentang perubahan gerakan, mengamankan markah analisis.
Elakkan menggambarkan ini sebagai eksperimen graviti atau menimbang; pada neraca mengufuk keputusan ditentukan oleh inersia.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)