REZULTATI
Pri vseh oddaljenostih od magneta smo ugotovili, da se voda začne vrteti, ko smo napetost nastavili na 1 V. Zanimalo nas je, kako se hitrost vrtenja spreminja v odvisnosti od toka. V spodnji tabeli lahko vidite meritve, ki smo jih dobili na zapisanih oddaljenostih od magneta (konstantna gostota magnetnega polja), ko smo na ŠMI-ju nastavili zabeležene napetosti.
| 0 cm | 2 cm ± 0,1 cm | 4 cm ± 0,1 cm | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| U [V] | I [mA] | v [cm/s] | I [mA] | v [cm/s] | I [mA] | v [cm/s] |
| 1 | 1,1 ± 0,05 | 0,24 ± 0,05 | 4 ± 1 | 0,26 ± 0,01 | 3,5 ± 0,1 | 0,20 ± 0,03 |
| 2,5 | 31 ± 0,5 | 2,6 ± 0,2 | 32,5 ± 0,5 | 1,9 ± 0,2 | 32,8 ± 0,3 | 1,5 ± 0,2 |
| 5 | 153 ± 5 | 7 ± 0,5 | 125,5 ± 0,2 | 3,8 ± 0,5 | 121,3 ± 0,2 | 2,7 ± 0,4 |
| 7 | 250 ± 10 | 8,6 ± 0,3 | 197,4 ± 0,2 | 5,1 ± 0,4 | 199 ± 2 | 2,8 ± 0,2 |
| 10 | 270 ± 10 | 10 ± 1,5 | 300 ± 10 | 6,2 ± 0,9 | 300 ± 10 | 5 ± 0,4 |
| 12,5 | 310 ± 10 | 10,7 ± 0,8 | 240 ± 10 | 6,6 ± 0,5 | 220 ± 10 | 3,9 ± 0,4 |
| 15 | 370 ± 10 | 10 ± 0,8 | 230 ± 10 | 5,6 ± 0,5 | 220 ± 10 | 3,9 ± 0,4 |
| 17,5 | 310 ± 10 | 10,7 ± 0,6 | 270 ± 10 | 6,4 ± 0,9 | 240 ± 10 | 4,3 ± 0,4 |
| 20 | 280 ± 10 | 7,7 ± 1,7 | 290 ± 10 | 6,3 ± 0,5 | 280 ± 10 | 4,4 ± 0,5 |
Graf hitrosti v odvisnosti od toka na oddaljenosti 4 cm od magneta.
Na zgornjem grafu vidimo, da hitrost vrtenja narašča, ko povečujemo tok. To se ujema z enačbo za izračun magnetne sile (fizikalno ozadje). Ta enačba nam pove kolikšna sila deluje na gibajoč električni naboj v magnetnem polju, vendar iz nje ne moremo neposredno izračunati hitrosti kroženja vode. Zato iz enačbe težko preverimo, kakšna bi morala biti odvisnost med tokom in hitrostjo kroženja. Tudi iz grafa tega ne moremo določiti. Odvisnost hitrosti kroženja smo opazovali na treh oddaljenostih posode od magneta, kar prikazuje spodnji graf.
Graf hitrosti v odvisnosti od toka na različnih oddaljenostih od magneta.
Zanimalo nas je tudi, kako gostota magnetnega polja vpliva na hitrost vrtenja. Izmerili smo gostoto magnetnega polja na različnih oddaljenostih od magneta. V spodnji tabeli lahko vidite izbrane podatke, za tri konstantne tokove.
| 32 mA ± 1 mA (2,5 V) | 135 mA ± 15 mA (5 V) | 285 mA ± 5 mA (20 V) | ||
| oddaljenost [cm] | B [mT] | v [cm/s] | v [cm/s] | v [cm/s] |
| 4 ± 0,1 | 120 ± 5 | 1,4 ± 0,2 | 2,7 ± 0,4 | 4,4 ± 0,5 |
| 2 ± 0,1 | 186 ± 7 | 1,9 ± 0,2 | 3,8 ± 0,5 | 6,3 ± 0,5 |
| 0 | 310 ± 10 | 2,6 ± 0,6 | 10,7± 0.8 | 7,7 ± 1,7 |
Graf hitrosti v odvisnosti od gostote magnetnega polja pri različnih tokovih.
Na zgornjem grafu lahko vidimo, da hitrost vrtenja narašča, ko narašča gostota magnetnega polja. To se ujema z enačbo za magnetno silo. Pri vseh meritvah moramo upoštevati tudi napake, o katerih si lahko več preberete tukaj.
KONČNE UGOTOVITVE
Ugotovili smo, da se hitrost vrtenja vode poveča, če povečamo tok, ki teče od sredine proti robu posode. Prav tako se hitrost poveča, če povečamo gostoto magnetnega polja. Vse to je v skladu z matematičnim modelom, ki nam ga daje enačba za izračun magnetne sile na nabit, gibajoč delec v magnetnem polju.
Poskusili smo preveriti v teoriji omenjeni Keplerjev zakon. Na enem posnetku (enaki pogoji) smo vzeli delce, ki krožijo na različnih polmerih. Izračunali smo razmerje kvadrata hitrosti in polmera kroženja, ki bi po zakonu moral biti enak za vse delce. V našem primeru se to ni izkazalo za pravilno, zato Keplerjevega zakona s tem nismo dokazali. Smo pa ugotovili, da se delci na sredini posode vrtijo hitreje kot na robu.