Arkimedes princip - laboration

Daniel Maher                                       Fysik 1 - laboration om Arkimedes princip
NA14NA                                              2015-11-20

Syftet var att verifiera (bevisa) Arkimedesprincip genom nedsänkning av metallcylindrar i vätskor (vatten).

Kort inledning

När ett föremål sänks ned i vatten trängs det undan en mängd vätska som har lika stor volym som föremålet under vattnet vilket märks exempelvis när man kliver in i badkaret. Trycket i vattnet trycks åt alla håll och därför bör man tänka på att inte fylla hela badkaret fullt med vatten då det kommer att rinna över.

Material

* Metallcylindrar
* Mässingsbehållare med en pip
* Bägare
* Våg
* Kraftsensor
* Sparklink interface
* Dator med Pasco Capstone-programmet

Först beräknades metallcylindrarnas tyngdkraft i luften genom en kraftsensor. Därefter lades metallcylindern bly i vattnet och sedan repeterades detta med olika typer av föremål.

Programmet Pasco är väldigt effektivt eftersom man kan skriva in formler och då kan själva programmet själv räkna ut resultaten åt en. Vi lade in formeln för tyngdkraften och lyftkraften. Run 1 och 2 representerar kraften medan lyftkraften är skillnaden. Massan för vattnet är angiven i kg och tyngdkraften för vattnet är angiven i N, Newton.

En felkälla var att vi mätte kraften samt fel, vi glömde nollställa kraftsensorn vilket resultera till att vi fick konstiga resultat på run 1 och 2. Men detta var även min första gång jag använde detta program.

En till felkälla var att vi borde ha rekapitulerat detta experiment minst två gånger för att försäkra oss om att våra resultat stämde men det var brist på tid.

Vad är universums öde enligt termodynamiken?

Daniel Maher NA14NA                                                                Fysik - läxa fråga 7.
2015-11-20

Termodynamikens andra huvudsats säger:

* När vi använder energi sjunker den totala energikvaliteten.
* I alla fysikaliska processer ökas universums totala entropi.

Dessa två formuleringar betyder samma sak men hur är de kopplade till universums öde?

Entropi (oordning), som betecknas med ett stort S,  är ett mått på hur energin sprids och ökas. Boltzmann är en mycket känd teoretisk fysiker som utvecklade termodynamiken under hans tid och hans teorier är än idag viktiga samt inspirerande inom fysiken. Han insåg att atomer finns i varje föremål och om därför ett föremål är varmt måste atomerna röra sig snabbare. Boltzmann insåg att hela universum kan möjligtvis vara styrd utifrån en atommodell och hans teorier kring det kunde bevisa termodynamikens oordning. Hans berömda formel för entropin är: S = K*lg*[W]. Sammanfattningsvis var Boltzmanns största bidrag till oss människor att han kom på att saker går från ordning till oordning.

Termodynamikens andra huvudsats säger att ett isolerat systems entropi aldrig minskar utan isolerade system tenderar att utvecklas mot ett tillstånd av maximal entropi. Allting i universum strävar efter ett mindre energirikt tillstånd (värme). Ett sätt att se på den andra huvudsatsen är att värme alltid strömmar från ett varmt föremål till ett kallt föremål och därför måste all värme slutligen hamna i detta tomrum och all värme som avges kan aldrig återfås utan den ut i universum och stannar där. Men då måste väl all materia med tiden försvinna?

Enligt forskarna försvinner all materia långsamt i form av värme vilket måste innebära att universum inte kan vara evigt - universums öde.

Elastisk samt kollision mellan två bollar

Daniel Maher       NA14NA                                  2015-10-11                      Tumba gymnasium
Lärare: Daniel Larsson                         Ämne: Fysik 1               Uppgift: Labbraport om rörelsemängd

Syftet var att undersöka hur rörelsemängden ändras om de två bollar har samma massa samt om de har olika massor.

Kort inledning: Rörelsemängden betecknas med ett litet p och är sambandet mellan massan samt hastigheten (p = mv). Rörelsemängden beskriver hur mycket energi som rör sig och är kopplat till Newtons lagar.

Material

* Datorn

Situation 1

Hypotes 1: Om bollarna har samma massa kommer de att ha samma hastighet före samt efter kollisionen dvs. rörelsemängden kommer vara lika stor både före och efter kollisionen (om de har samma massa) p.g.a. bollarna påverkar varandra lika mycket.

Tabell 1

Före	Massa, m	Hastighet, v	Rörelsemäng, p
Boll 1	1	1	1 kgm/s
Boll 2	1	0,43	0,43 kgm/s
Boll 1	1	0,24	0,24 kgm/s
Boll 2	1	0,42	0,42 kgm/s

Situation 2

Hypotes 2: Om boll 1 har större massa än boll 2, kommer hastigheten öka för boll 2.

Tabell 2

Efter	Massa, m	Hastighet, v	Rörelsemäng, p
Boll 1	3	2,09	6,27 kgm/s
Boll 2	4	-3,01	12,04 kgm/s
Boll 1	5	9,47	47,35 kgm/s
Boll 2	2	-1,16	-2,32 kgm/s

Minus tecknet visar endast åt vilket håll bollen åker (i detta fall visar minus tecknet att bollen åker åt vänster).

Förhållandet mellan rörelsemängden är alltid 1 eftersom den bevaras d.v.s. rörelsemängden är samma före som efter om inga yttre krafter finns som exempelvis: friktion och luftmotstånd.

Slutsats: När två föremål kolliderar är den totala rörelsemängden före kollisionen lika med totala rörelsemängden efter.

p_före= p_efter

_{Enligt Newtons tredje lag har två föremål som kolliderar samma kraft samt motsatta riktningar. Om boll 1 har mindre massa än boll 2 kommer boll 1 få en högre hastighet när de kolliderar eftersom Newtons andra lag säger: "När ett föremål påverkas av krafter, får föremålet en acceleration i samma riktning som kraftens resultant. Den resulterande kraften är lika med massan gånger accelerationen".}  F_{res = ma.} 

_{Om boll 1 har mindre massa än boll 2 kommer den vid kollision få en negativ riktning som är större än hastigheten för boll 2 i positiv riktning.} 

Fysik labbrapport - lutande plan

Daniel Maher                                                   2015-10-06
Lärare: Daniel Larsson                                    Tumba gymnasium

Syftet var att ta reda på hur stort arbete som krävs för att dra en vagn uppför ett lutande plan med samma höjd men olika branta d.v.s. undersökningen gick ut på att ta reda på hur lutningen inverkar på brädan under ett visst arbete.

Material

* Vagn
* Bräda
* Dynamometer
* Linjal

Metod 

Vagnen hängdes i luften med hjälp av dynamometern för att ta reda på tyngdaccelerationen som blev 1,0N.

En bräda placerades som ett lutande plan med höjden 35 cm i tre positioner. Först lades brädan mot en stol och på så vis fick brädan en brant lutning. Två fysikböcker lades under brädan på ett bord vilket resultera till att brädan fick en lutning men inte så brant. Kraften, F mättes för varje position samt sträckan som krävdes för att dra vagnen upp från golvet till brädans topp mättes. Det gjordes tre undersökningar, se tabell:

Undersökning	Kraft, F (N)	Höjd, h (m)	Sträcka (m)	W = F X s (J)
1	0,44 N	0,35m	1m	0,154 J
2	0,45 N	0,35m	0,70m	0,1575 J
3	0,40 N	0,35m	0,50m	0,14 J

Kraften, F mättes genom att dra vagnen uppför brädan med hjälp av en dynamometern, höjden samt sträckan mättes med en linjal. Höjden samt sträckan anges i meter och arbetet beräknas i Joul och har formeln: W = F X s där F = kraft och s = sträcka. Det vi lade märke var att brädans sträcka är hypotenusan i en triangel eftersom det bildas en triangel.

Vi valde att göra en modell för undersökning 1 eftersom då kan man se om vi hade räknat med rätt kraft. Detta utfördes genom att rita upp tyngdkraftens komposanter så här:

Det vi kan observera är att sträckan som vi fick är triangelns hypotenusa och höjden som mättes med linjalen blir därmed triangelns höjd. Detta resulterar till att det bildas en vinken, V som kan beräknas med hjälp av trigonometri. Sin v = höjden/hypotenusan = 0,35m/1m = 0,35. Vinkeln, V får man genom att göra sin inverse, alltså SIN^-1(0,35) = 20,49^*

Om man gör: Sin(20,49) X 1,0N = 0,35m så kan man bevisa att höjden samt kraften stämde.

Slutsatsen blir att ju längre sträcka desto mindre kraft och desto kortare sträcka ju större kraft. Arbetet under alla tre försök blev nästan samma vilket tyder på att sträckan blir kortare ju brantare lutningen blir och kraften (både kraften fram och motsatta, bakom vagnen) blir större. Detta kan kopplas till mekanikens gyllene regel som säger: "Det man vinner i kraft, förlorar man i väg".

Friktionskraft, normalkraft µ.

Daniel Maher - Fysik labbrapport (sammanfattning) 2015-09-27
Lärare: Daniel Larsson                                   Ämne: Fysik 1

Syftet var att undersöka om friktionskraften är beroende av massan dvs. hur friktionskraften ändras i avseende med massan. 

Material

* Vikter (20g, 50g, 70g samt 100g)

* Kloss

* Dynamometer

Metod

Först bestämdes massan på klossen genom en våg och resultatet blev; 71g. Kort därefter drogs klossen, med hjälp av en dynamometer (utan några vikter i) och sedan fylldes klossen med olika vikter, 20g, 50g, 70g samt 100g. 

Friktionskraften undersökter med hjälp av att dra klossen (med vikter samt utan vikter) med en konstant hastighet över bord ytan och därmed fick vi reda på kraften. Se tabell:

Vikt	Friktionskraft (Ff)	Normalkraft (FN)	µ=Ff/FN
Utan vikter (endast klossens massa)	1.15 N	0,82 N	Ca 1,40 = +40%
20 g = 0,02 kg	0,2 N	0,89 kN	Ca 0,78 = -22%
50 g = 0,05 kg	0,3 N	1,188 kN	Ca 0,75 = -25%
70 g =0,07 kg	0,35 N	1,38 kN	Ca 0,75 = -25%
100 g = 0,100 kg	0,40 N	1,68 kN	Ca 0,76 = -24%
100 g + 20 g =120g = 0,120 kg	0,45 N	1,88 kN	Ca 0,76 = -24%

Massan omvandlades till kg eftersom i Sl-enheten är massan angiven i kg. viktens massa adderades med klossens massa (0,071kg) och multiplicerades därefter med 9,82 (tyngdaccelerationen) och genom detta fick vi reda på normalkraften. Friktionskraften avläste vi från dynamometern och µ fick vi genom att (se tabell) dividera friktionskraften (F_f) dividerat med normalkraften (F_N).

Jag drog slutsatsen att eftersom friktionstalet µ anges hur stor friktionen är mellan två ytor så måste friktionen ha varit hög. Friktionstalet är ett tal mellan 0 samt 1 och skrivs i procent (desto närmre 1, desto högre friktion är det).

Tyngdkraften är lika stor som normalkraften eftersom Newtons tredje lag säger "När två föremål verkar på varandra med krafter, är krafterna lika stora och motsatt riktade. Krafterna verkar längs samma räta linje". Och i detta fall har vi en kraft som verkar ner (tyngdaccelerationen, g) och en kraft som verkar uppåt (normalkraften, F_N) och eftersom de är lika stora har bordet, människorna och alla föremål på jorden en viss form (bordet svävar exempelvis inte i luften).