Potek dela.
Dela smo se lotili sistematično. Najprej smo se sestali, da pretehtamo vse, kako bi se lotili reševanja tega vprašanja, na kaj moramo paziti, da bodo rezultati čimbolj točni, in kateri fizikalni koncepti nam bodo prišli prav. Vsi smo se zavedali, da bosta največji problem predstavljali velikost žebljička in njegova masa. Ker je vztrajnostni moment vezan izključno na porazdelitev mase okoli geometrijske osi z enačbo, bi bilo računanje le-tega dokaj težavno in nenatančno. Prav tako smo se strinjali, da bi bilo računanje z enim žebljem nepraktično in zelo nezanesljivo, ker bi težko natančno izmerili maso posameznega žeblja. Tako bi tudi dobili mahjne razlike v meritvah, s katerimi bi pozneje operirali, rezultati pa bi bili posledično nenatančni. Sedaj je bilo treba izbrati le še poizkuse, s katerimi bi bilo najlažje določiti vztrajnostni moment. Imeli smo veliko idej. En kolega strojnik nam je dal idejo z magneti, da bi merili ustavljanje samega žeblja, ampak se nam je poskus zdel preveč nezanesljiv glede na težavnost. Imeli smo tudi idejo, da bi žebelj vstavili v pluto in ga spustili po klancu, vendar nismo bili povsem prepričani, kako bi iz tega izračunali vztrajnostni moment. Po tehtnem premisleku in posvetovanju s profesorjem smo se odločili, da bomo pri prvem poskusu žeblje vrteli na disku, ki ga pospešuje utež, in izračunali vztrajnostni moment iz razlike pospeškov. Za drugi poskus pa smo si izbrali nihalo, kjer bi iz razlike nihajnega časa lahko dobili željene rezultate. Pred začetkom smo izračunali teoretični/približen vztrajnostni moment žeblja, če ga obravnavamo kot valj. Tako smo imeli občutek v kakem območju se mora gibati končni rezultat.
eksperiment.
Prvi poskus: vrtenje žebljev okrog osi
Za prvi poskus smo potrebovali:• Žeblje
• Uteži
• Škripec, nit
• Nosilec, na katerem bomo imeli žeblje
• Photogate
• Vmesnik LabPro
• Program LoggerPro
Sestavili smo vse komponente in se lotili poizkusa. Nosilec za žeblje (disk) smo vrteli okrog navpične osi, na katero smo pritrdili utež, ki je prosto padala. Najprej je bilo potrebno ugotoviti kakšno utež bomo uporabljali, da nosilec ne bi pospeševal prehitro ter, da je vseeno nekaj časa pospeševal, tj., da se ne začne vrteti z enakomerno hitrostjo. Po nekaj poizkusih smo si izbrali pravo utež. Nastavili smo merilnik časa in se lotili dela. Merili smo obhodni čas, iz katerega smo kasneje v programu LoggerPro takoj izračunali pospešek. Najprej so se nam dobljeni pospeški zdeli neverodostojni, zato smo si vmes še pomagali s kamero, ki snema več sto slik na sekundo. Ko smo se prepričali, da so rezultati verodostojni, smo lahko meritve začeli shranjevati. Vsako meritev smo ponovili večkrat. da bi dobili čim bolj točne rezultate, napaka pa bi pri tem bila čim manjša. Izmerili smo kako hitro se ustavlja nosilec brez žebljev, ko smo sneli utež in ga ročno najprej zavrteli. To nam je koristilo ker smo pri računanju morali upoštevati silo trenja. Nato smo še izmerili kako pospešuje nosilec brez žebljev, ko je gor obešena utež, nato pa še pospešek nosilca z vstavljenimi žeblji. Iz razlike v pospeških smo lahko potem izračunali, kolikšen je vztrajnostni moment žeblja. Končni izračunan vztrajnostni moment je bil zelo podoben, prej izračunanemu teoretičnemu vztrajnostnemu momentu. Iz tega smo lahko sklepali, da je poskus uspel. Silo trenja smo smatrali za enako pri vstavljenih žebljih, kot silo trenja brez žebljev, saj majhna masa žebljev ne vpliva veliko na trenje samo. Pri vrtenju z vstavljenimi žeblji bi načeloma še morali upoštevati zračni upor, ker glavice žebljev stojijo izven nosilca, ampak je spet to minimalen faktor pri spremembi trenja.
Drugi poskus: nihanje
Za poskus smo potrebovali:
• Žeblje
• Nihalo z nastavki za žeblje
• Držalo za nihalo pri katerem je trenje minimalno
• Photogate
• Vmesnik LabPro
• Program LoggerPro
V ta poskus smo vložili več upanja, saj se nam se zdel najbolj primeren, ker bi bili zunanji vplivi tu najmanjši in bi brez slabe vesti zanemarili nedoločenosti, ker jih praktično sploh ne bi bilo. Nedoločenosti bi bili zračno trenje, ki ga lahko zanemarimo, ker je nihalo zelo tanko, prav tako pa tudi žeblji, ter trenje v ležaju, kjer je os vrtenja. Trenje v ležaju je res skoraj ničelno, ker se amplituda po več kot sto nihajih ni skoraj nič spremenila. Najprej smo si zamislilo nihalo v obliki sidra, ki bi bilo oblikovano tako, da bi vsi žeblji bili na enaki razdalji od osi vrtenja. Žal nam mojster tega ni mogel kreirati, je pa nam ustvaril nihalo v obliki palice, kjer so luknje za žeblje, med katerimi je 1cm razdalje. Napravo smo sestavili in se lotili merjenja. Pri nihanju smo pazili da nismo nihala preveč izmaknili, saj bi nam enačbe dale točen rezultat le, če bi koti ostali majhni. Tudi tokrat smo meritev opravili večkrat z vstabljenimi žeblji in brez njih. Nihajni čas smo torej lahko izmerili s programom LoggerPro. Težišče nihala samega in težišče nihala z vstavljenimi žeblji pa smo morali izmeriti s prosto roko. Težišče smo našli tako, da smo našli ravnotežje na kljunu kljunastega merila. Ker je debelina tega kljuna manjša kot 0,5 mm, smo lahko s težiščem zadovoljni, saj je bilo precej natančno. Pri računanju vztrajnostnega momenta enega žeblja smo malo morali uporabiti matematičnega znanja in si pravilno nastaviti enačbe. Končni rezultat je spet bil zelo podoben prvotnemu (teoretičnemu), še bolj pa se je ujemal z rezultatom iz prvega poskusa. S tem smo dokazali, da smo z obema poskusoma zelo natančno izračunali vztrajnostni moment žeblja.
