Eszközszükséglet: Erők összetevőit bemutató asztal 4 db csigával, nehezékekkel (Varignon-asztal)

A Varignon-féle erőasztal használata több erőhatás együttes vizsgálatához összeállította: Giliczéné László Kókai Mária

lektorálta Dr. Laczkó Gábor

A Varignon-féle asztallal végzett megfigyelések és mérések célkitűzése: Az erők testekre való hatásának és az erők összeadódásának(eredő erő) megfigyelése. Az egyensúlyi erő és az eredő erő kapcsolatának megismerése Eszközszükséglet: 

Erők összetevőit bemutató asztal 4 db csigával, nehezékekkel (Varignon-asztal)

A mérés elméleti háttere Ha egy anyagi pontot egyidejűleg több erőhatás ér, akkor ezek együttes hatása egyenértékű a vektori eredőjüknek megfelelő hatással. Statikus egyensúly esetén a pontszerű testre ható erők vektor összege nulla, más szóval az erőhatások kiegyenlítik egymást: ΣF = 0 Az erőhatások függetlenségének elve: az anyagi pontot érő erőhatások egymást nem befolyásolják, következményeik „egymásra rakódnak”. Ha a testet érő valamennyi erőhatást felbontjuk derékszögű összetevőikre, akkor azokra a fenti feltételnek külön-külön is teljesülnie kell: ΣFx= 0; ΣFy= 0; ΣFz= 0 Pierre Varignon (1654-1722) francia fizikus és matematikus Varignon Newtontól függetlenül foglalkozott a statika tudományával, astatikáról szóló könyve majdnem egyidőben jelent meg Newton Principia című könyvével. A merev testek egyensúlyának problémáját az erők felbontása segítségével oldotta meg, könyvében már a ma is érvényes felfogásban tárgyalja a problémákat. Eszközismertető A 40 cm átmérőjű erőasztalka lapja egy kerületén fokbeosztásokkal ellátott, vízszintes, sík korong, amelynek kerületére csigákat lehet rögzíteni, és az ezeken keresztülvezetett zsinórok végeire terheket lehet akasztani. Az asztalka lapja (a korong) egy stabil, nehéz háromlábon álló, függőleges tartórúd felső végére van rögzítve. A háromláb szintező csavarjaival a berendezés tökéletesen vízszintbe állítható.

A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal


A központi gyűrű helyzete egyensúly esetén: egyik oldalról sem támaszkodik a középponti tűnek.


Ha nincs egyensúly, akkor a fémgyűrű a középponti tűre feszül. Ha ez a tű nem lenne ott, akkor a rendszer -Newton II. törvénye értelmében- az eredő erő irányába gyorsulna.

Az erőasztal egyszerű egyensúlyi helyzete: 4 egyenlő nagyságú, szimmetrikusan elhelyezkedő erő.

Az erőasztal egyszerű egyensúlyi helyzete: 3 különböző nagyságú, nem szimmetrikusan elhelyezkedő teher által kifejtett erőhatás.




A kísérlethez kapcsolódó számítás és megfigyelések leírása Az erők nagysága a teherrel, az erő iránya a peremre szerelt csigák áthelyezésével változtatható. A nagy korong középpontját jelzi a középponti tű, és egyúttal azt is megakadályozza, hogy igen kiegyensúlyozatlan helyzetben az egész rendszer „lefusson” az asztalkáról. Javasolt a nagyobb terhekkel való kísérletezés, mert így a súrlódás relatív hatása kisebb.. A peremre szerelt csigák áthelyezésével addig mozgatjuk a szálakat (változtatjuk az erő irányát), amíg a gyűrű már egyik oldalról sem feszül neki a középponti tűnek. Ekkor a gyűrű statikus egyensúlyi helyzetbe kerül, mivel a rá ható erők eredője nulla. A kialakult egyensúlyi helyzetről vázlatrajzot kell készíteni, feljegyezni az irányokat és a terhek nagyságát-

1. feladat Gyűjts mérés nélkül tapasztalatokat az asztal működéséről! A társaddal, nehezékek használata nélkül próbáljátok egyensúlyi helyzetet kialakítani az asztalon: Mindketten fogjatok kézbe egy-egy zsinórt, válasszatok ki egy-egy húzási irányt, majd alakítsatok ki egyensúlyi helyzetet. Egyikőtök növelje, majd csökkentse az egyik kötélre kifejtett erőt. Figyeljétek meg, hogyan mozdul el a középgyűrű.

2. feladat Állíts elő egyensúlyi helyzeteket! Felülnézeti rajz:

Az erőkhöz tartozó vektorábra

Két, azonos nagyságú F1= erő esetén F2= Minden zsinór végére 100g nehezéket helyezz!




három, azonos F1= nagyságú erő esetén F2= Minden zsinór végére F3= 200g nehezéket helyezz!

három, azonos F1= nagyságú erő esetén F2= Minden zsinór végére F3= 250g nehezéket helyezz!

négy, azonos nagyságú erő esetén Minden zsinór végére 270g nehezéket helyezz!

F 1= F 2= F 3= F 4=

Négy, azonos nagyságú erő esetén Minden zsinór végére 280g nehezéket helyezz!

F 1= F 2= F 3= F 4=

Megváltozik-e az egyensúlyi helyzet akkor, ha mindegyik erőt (tömeget) ugyanannyi szorosára változtatjuk?? ................................................................................................................................




3. feladat Rakj össze három nehezéket, jegyezd fel a súlyukat! F 1= F 2= F 3= Keresd meg az egyensúlyi helyzetet, majd készíts arról vázlatrajzot! Jelöld a zsinórok helyzetét, azonosítsd be, hogy melyik erőhöz tartoznak, és olvasd le a bezárt szögeket is.

4. feladat Az alábbi két erő adott: F1=3N, helyzete: 320° F2=1,8N, helyzete: 60° F 3= Keresd meg azt az F3 ellenerőt, amely tökéletesen kiegyensúlyozza őket. Akkor éred el ezt az egyensúlyt, amikor a karika középre kerül. Az F1,2 eredő erő az az egyetlen erő, ami tökéletesen kiegyenlíti az F3 ellenerőt. Az F1 és F2 erők, vagy az eredő erejük (F1,2) is használható arra, hogy az F3 ellenerőt kiegyensúlyozzuk A megtalált egyensúlyi helyzetről készíts vázlatrajzot! Jelöld a zsinórok helyzetét, azonosítsd be, hogy melyik erőhöz tartoznak, és olvasd le a bezárt szögeket is. Az ismeretek ellenőrzése:    

Ki volt Varignon? Mi a szerepe a Varignon-féle asztalka a peremére szerelt csigáknak? Mi a szerepe a középponti tűnek? Fogalmazd meg a statikus egyensúly feltételét! Felhasznált sza k irodalom: Dr. Szalai Béla: Fizika (Műszaki Könyvkiadó, 1982) Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete (Gondolat kiadó, Budapest, 1986) Fizika gimnáziumok szakosított tantervű II. osztálya számára (Tankönyvkiadó, Budapest, 1975) Dr. Halász Tibor: Mozgások, energiaváltozások (Mozaik könyvkiadó, 2006)


Eszközszükséglet: Erők összetevőit bemutató asztal 4 db csigával, nehezékekkel (Varignon-asztal)

Recommend Documents