KOŁO MAXWELLA WYKONANIE : Budziak Emilia, Teper Justyna Gimnazjum nr1 im. Ojca św. Jana Pawła II w Rabie Wyżnej Nauczyciel: Wiesława Wiatrak

Jak zmienia się energia potencjalna w energię kinetyczną Jak zmienia się energia potencjalna w energię kinetyczną? Jakie zachodzą w związku z tym przemiany? Ile pracy w sumie wykonało koło (nie wliczając pracy ujemnej) po 10 pełnych obrotach ?

Kto to jest Maxwell James Clerk?

Maxwell James Clerk (1831-1879), wybitny szkocki fizyk, profesor uniwersytetu w Aberdeen (1856-1860), Kings College w Londynie (1860-1865) i Cambridge (po 1871), organizator i pierwszy dyrektor Cavendish Laboratory w Cambridge.

Autor wybitnych prac teoretycznych dotyczących podstaw elektrodynamiki klasycznej (1864), kinetycznej teorii gazów (1860), optyki i teorii barw (1855-1872) oraz stabilności grawitacyjnej pierścieni Saturna (1859).

Co to jest energia? Wielkość określająca stan dowolnego układu fizycznego Wielkość zachowana we wszystkich procesach dla układów izolowanych Określa zdolność układu do wykonywania pracy

Energią potencjalną (Ep) nazywamy energię ciała pozostającego w spoczynku. Wyróżniamy dwa rodzaje energii potencjalnej: energię potencjalną grawitacji (ciężkości) - np. ciało podniesione na jakąś wysokość i energię potencjalną sprężystości, np. nakręcony zegarek. Energia kinetyczna wiąże się ze zmianą szybkości ciała. Jest to inny rodzaj energii mechanicznej. Ciała będące w ruchu posiadają energię kinetyczną. Oznacza to, że są one również zdolne do wykonywania pracy, np. lecący pocisk, który uderzy w ścianę, robi w niej otwór. Energia całkowita, to po prostu energia zawierająca wszystkie możliwe jej postacie: kinetyczną, potencjalną ciężkości, potencjalną sprężystości, elektryczną, magnetyczną, chemiczną, jądrową, świetlną (właściwie to też jest forma energii pola elektromagnetycznego)

Co to jest praca? Praca to jedna z najważniejszych wielkości mechaniki. Definiuje się ją jako iloczyn skalarny wektora siły działającej na ciało i wektora przesunięcia (pod warunkiem, że przesunięcie jest prostoliniowe, a siła stała podczas przesunięcia.)

Opis doświadczenia

Materiały Do wykonania doświadczenia potrzebujemy umieszczonej na podstawce (1)ramy o wysokości 40 cm i szerokości 28 cm. Na ramie zawieszone jest na dwóch (2)sznurkach (3)koło o średnicy 12 cm. Rama wykonana jest z metalu, a podstawka i koło z drewna . 2 3 1

Wykonanie Nawijamy sznurki na oś koła tak, by wisiało w pobliżu poprzecznej, górnej belki ramki. Uwolnione koło zaczyna opadać coraz szybciej w dół, wirując jednocześnie coraz szybciej wokół osi. Maleje jego energia potencjalna grawitacji, która zamienia się na energię kinetyczną ruchu postępowego i obrotowego.

Z podobnym efektem spotykamy się w zabawie z jojo. Gdy sznurek zostanie całkowicie odwinięty z osi koła, osiąga ono najniższe położenie. Następnie zaczyna poruszać się coraz wolniej w górę, coraz wolniej wirując wokół osi, na którą nawijają się sznurki. Maleje energia kinetyczna koła, która zamienia się na jego energię potencjalną. Z podobnym efektem spotykamy się w zabawie z jojo.

Film „Koło Maxwella”

Wzory Energia potencjalna: ∆Ep=m· g· h Energia kinetyczna: ∆Ek=(m· V2) : 2 Praca: W=F· x Szybkość z Ek V=√2Ek:m m – masa g – grawitacja h – wysokość V – szybkość F – siła x – przemieszczenie √- pierwiastek

Epmax=Ekmax ∆E=W Ec=Epmax Epmax=Ep+Ek

Obliczenia

Dane: h4=8,5cm=0,085m mkoła=60g=0,06kg h5=7,5cm=0,075m g=9,81N/kg

Ep=0,06kg*9,81N/kg*0,215m≈0,13J Ep1=0,06kg*9,81N/kg*0.17m≈0,10J Ep2=0,06kg*9,81N/kg*0,145m≈0,09J Ep3=0,06kg*9,81N/kg*0,115m≈0,07J Ep4=0,06kg*9,81N/kg*0,085m≈0,05J Ep5=0,06kg*9,81N/kg*0,075m≈0,04J Ep6=0,06kg*9,81N/kg*0,065m≈0,04J Ep7=0,06kg*9,81N/kg*0,055m≈0,03J Ep8=0,06kg*9,81N/kg*0,045m≈0,03J Ep9=0,06kg*9,81N/kg*0,035m≈0,02J

V=√2*0,13/0,06=√4,(3)≈2,08 m/s V1=√2*0,1/0,06=√3,(3)≈1,83 m/s V2=√2*0,09/0,06=√3≈1,73 m/s V3=√2*0,07/0,06=√2,(3)≈1,53 m/s V4=√2*0,05/0,06=√1,(6)≈1,29 m/s V5=√2*0,04/0,06=√1,(3)≈1,15 m/s V6=√2*0,04/0,06=√1,(3)≈1,15 m/s V7=√2*0,03/0,06=√1=1 m/s V8=√2*0,03/0,06=√1=1 m/s V9=√2*0,02/0,06=√0,12≈0,35 m/s

W=1,07J W0=0,13J+0,10J=0,23J W1=0,10J+0,09J=0,19J W2=0,09J+0,07J=0,16J

Wnioski Koło wprawione w ruch, obraca się coraz szybciej, przez co zmniejsza swoją energie potencjalną, a zwiększa energie kinetyczną . W chwili przejścia energii potencjalnej w energie kinetyczną, Ep=0, a Ek=max dla danego obrotu. Po 10 pełnych obrotach koło wykonało około 1,07J pracy. Na wyniki pomiaru wpływa tarcie nitki o patyczek i strata energii na energię sprężystości sznurka, gdyż nie jest on elastyczny.

Niepewność pomiaru Niepewność pomiaru – szerokość przedziału wartości wielkości mierzonej, wewnątrz którego pomiar pozwala z zadowalającym prawdopodobieństwem usytuować wartość tej wielkości. W naszym doświadczeniu używałyśmy przyrządów, dzięki którym mogła wystąpić niepewność pomiaru Waga ± 0,1g Centymetr ± 0,1mm

Źródła informacji www.fizyka.zamkor.pl www.fizyka.iss.com.pl www.portalwiedzy.onet.pl www.4.bp.blogspot.com www.sciaga.pl www.fizykon.org www.zgapa.pl