Fizika domin

Opis dela

Zapis dne 28.3.2012

Skupina se je na prvem srečanju seznanila s svojo nalogo. Sledil je "brainstorming", v katerem smo določili tehniko zbiranja podatkov ter izvajanja meritev. Odločili smo se, da bomo na oštevilčen trak, prilepljen na mizo, postavili znano število domin ter nato s pomočjo optičnih vrat merili čas, ki preteče od trenutka, ko domina preseka žarek prvih optičnih vrat do trenutka, ko zadnja domina preseka žarek drugih vrat. Za povezavo med optičnimi vrati in računalnikom smo uporabljali dobro znano Vernierjevo opremo.

Umerjanje domin na pravilno razdaljo med njimi se je kmalu izkazalo za dolgotrajen postopek.

Parametri, ki so nastopali v tem poskusu so naslednji:

število domin med prvimi in drugimi optičnimi vrati
razdalja med prvimi in drugimi optičnimi vrati
razdalja med dominama-> to je naš z (merjena od prednjega roba prve domine do prednjega roba druge domine)
višina domine

Že tekom prvega srečanja je skupina uspela pridobiti lesene domine, ki so v lasti Fakultete za Matematiko in Fiziko z naslednjimi karakteristikami:

m = 6,4g ± 0,1 g
H = 49,18 mm ± 0,02 mm
B = 24,15 mm ± 0,02 mm
D = 8,85 mm ± 0,02 mm

Kjer je: m masa ene domine, H večja dimenzija domine, oziroma njena višina, B je njena širina, D pa debelina.

Na prvem srečanju smo se prav tako odločili, da bomo za vsako spremembo posameznega parametra napravili 3 meritve. Nato smo se odločili, da bomo najprej spreminjali parameter L - razdaljo med dominami, vpliv le-tega na hitrost širjenja motnje bomo testirali pri vrednostih L = 1,5 cm do L= 4,5 cm, pri čemer bomo L vsakič povečali za 0.5 cm. Zgornja meja vrednosti parametra L je bila določena z višino domin, saj domin ne moremo postavljati v razmak večji od višine domine.

Nekaj slik za okus, kako je potekalo naše delo:

Tekom prvega srečanja nam je uspelo narediti 3 meritve za z = 1,5 cm ter eno meritev za z = 2 cm, rezultati so sledeči:

L = 1,5 cm
- t = 0,650 s, l = 60,5 cm ± 0,2 cm
- t = 0,632 s, l = 60,5 cm ± 0,2 cm
- t = 0,625 s, l = 59,5 cm ± 0,2 cm
- t = 0,632 s, l = 59,8 cm 0,2 cm
- $\overline{t}$ = 0.635 s, $\overline{l}$ = 60.1 ± 0.2 cm, c = 0.946 (1± 0.003) m/s
L = 2,0 cm
- t = 0,866 s, l = 80 cm ± 0,2 cm
h žarka optičnih vrat = 29 mm ( 1 ± 0,02 )

Zapis dne 4.4.2012

Glavni cilj naše skupine je bil ugotoviti, kaj se dogaja s širjenjem motnje, če se spreminja razmerje med višino domine ter razdaljo med dvema dominama. Po daljšem razmisleku in krajšem posvetu z mentorjem smo identificirali še številne druge zanimive faktorje, ki bi lahko vplivali na hitrost širjenja motnje in katere bi bilo, če bo čas dopuščal, smiselno preveriti. Zato smo si ob začetku 2. vaje postavljali naslednja vprašanja:

kako vpliva hitrost, s katero zvrnemo prvo domino, na nadaljnjo hitrost širjenja valovanja ter kako se lahko izognemo variacijam v rezultatih, ki bi zaradi tega lahko nastajale?
kako vpliva lokalna hitrost padajoče domine na hitrost širjenja valovanja?

Zato smo se za naslednji dve srečanji razdelili v dve skupini. Ena skupina bo nadaljevala s poizkusi ter spreminjanjem parametra z ter naredila preostale potrebne meritve, medtem, ko se bo druga skupina lotila ugotavljanja mejnega kota pri katerem se domina zvrne ter hitrosti padanja domine.

Rezultati nadaljnih meritev:

L = 2 cm

t = 0,861 s, l = 80,1 cm ± 0,2 cm
t = 0,862 s, l = 79,9 cm ± 0,2 cm

$\overline{t}$ = 0.863 s, $\overline{l}$ = 80.0 ± 0.2 cm, c = 0.927 (1± 0.003) m/s

L = 2,5 cm

t = 1,096 s, l = 100,7 cm ± 0,2 cm
t = 1,091 s, l = 99,8 cm ± 0,2 cm
t = 1,095 s, l = 100 cm ± 0,2 cm

$\overline{t}$ = 1.094 s, $\overline{l}$ = 100.1 ± 0.2 cm, c = 0.916 (1± 0.003) m/s

L = 3 cm

t = 1,380 s, l = 119,5 cm ± 0,2 cm
t = 1,345 s, l = 118.4 cm ± 0,2 cm
t = 1,393 s, l = 120,2 cm ± 0,2 cm

$\overline{t}$ = 1.373 s, $\overline{l}$ = 119.4 ± 0.2 cm, c = 0.869 (1± 0.003) m/s

L = 3,5 cm

t = 1,701 s, l = 140,2 cm ± 0,2 cm
t = 1,663 s, l = 139,8 cm ± 0,2 cm
t = 1,674 s, l = 139,7 cm ± 0,2 cm

$\overline{t}$ = 1.679 s, $\overline{l}$ = 139.9 ± 0.2 cm, c = 0.833 (1± 0.003) m/s

L = 4 cm

t = 2,029 s, l = 159,9 cm ± 0,2 cm
t = 2,038 s, l = 160,2 cm ± 0,2 cm
t = 2,059s, l = 160,1 cm ± 0,2 cm

$\overline{t}$ = 2.042 s, $\overline{l}$ = 160.1 ± 0.2 cm, c = 0.784 (1± 0.003) m/s

Opravili smo še meritve mejnega kota, kar si lahko ogledate tudi v posnetku spodaj, tule pa so le gole meritve razdalj, pri katerih se je domina podrla- iz tega ter višine domine je možno izračunati, pri katerem kotu se je to zgodilo. a je začetna pozicija merilca, x pa končna.

a = 50,0 mm ± 0,05mm
x= 58,0 mm ± 0,02 mm
x = 58,3 mm ± 0,02 mm

Mejni kot se sedaj preprosto izračuna po sledeči formuli:

\begin{aligned} \sin \phi& = \frac{\Delta x}{H}= 9.40 ° ± 0.2 ° \\ \end{aligned}

Kjer je Δx = x-a ter H višina domine. Kot Φ je merjen med navpičnico ter domino.

Zapis dne 11.4.2012

Skupina je tokrat opravila še nekaj dodatnih meritev s postavitvami domin, kot je predstavljeno v spodnjih podatkih

L = 4,5 cm

t = 1,854 s, l = 134,9 cm ± 0,2 cm

c = 0.727 (1± 0.003) m/s

L = 5 cm

t = 2,031 s, l = 125,6 cm ± 0,2 cm
t = 1,99 s, l = 125,6 ± 0,2 cm
t = 2,01 s, l = 125,6 cm ± 0,2 cm

$\overline{t}$ = 2.01 s, $\overline{l}$ = 125.6 ± 0.2 cm, c = 0.625 (1± 0.003) m/s

L = 5,5 cm ( postavljeno s pomočjo vodila)

t=1.149, l = 49,5 cm ± 0,2 cm

c = 0.43 (1± 0.003) m/s