KOŁO MAXWELLA

1. KOŁO MAXWELLA WYKONANIE : Budziak Emilia, Teper Justyna Gimnazjum nr1 im. Ojca św. Jana Pawła II w Rabie Wyżnej Nauczyciel: Wiesława Wiatrak

2. Jak zmienia się energia potencjalna w energię kinetyczną?Jakie zachodzą w związku z tym przemiany? Ile pracy w sumie wykonało koło(nie wliczając pracy ujemnej) po 10 pełnych obrotach ?

3. Kto to jest Maxwell James Clerk?

4. Maxwell James Clerk (1831-1879), wybitny szkocki fizyk, profesor uniwersytetu w Aberdeen (1856-1860), Kings College w Londynie (1860-1865) i Cambridge (po 1871), organizator i pierwszy dyrektor Cavendish Laboratory w Cambridge.

5. Autor wybitnych prac teoretycznych dotyczących podstaw elektrodynamiki klasycznej (1864), kinetycznej teorii gazów (1860), optyki i teorii barw (1855-1872) oraz stabilności grawitacyjnej pierścieni Saturna (1859).

6. Co to jest energia? • Wielkość określająca stan dowolnego układu fizycznego • Wielkość zachowana we wszystkich procesach dla układów izolowanych • Określa zdolność układu do wykonywania pracy

7. Energią potencjalną (Ep) nazywamy energię ciała pozostającego w spoczynku. Wyróżniamy dwa rodzaje energii potencjalnej: energię potencjalną grawitacji (ciężkości) - np. ciało podniesione na jakąś wysokość i energię potencjalną sprężystości, np. nakręcony zegarek. • Energia kinetycznawiąże się ze zmianą szybkości ciała. Jest to inny rodzaj energii mechanicznej. Ciała będące w ruchu posiadają energię kinetyczną. Oznacza to, że są one również zdolne do wykonywania pracy, np. lecący pocisk, który uderzy w ścianę, robi w niej otwór. • Energia całkowita, to po prostu energia zawierająca wszystkie możliwe jej postacie: kinetyczną, potencjalną ciężkości, potencjalną sprężystości, elektryczną, magnetyczną, chemiczną, jądrową, świetlną (właściwie to też jest forma energii pola elektromagnetycznego)

8. Co to jest praca? • Praca to jedna z najważniejszych wielkości mechaniki. Definiuje się ją jako iloczyn skalarny wektora siły działającej na ciało i wektora przesunięcia (pod warunkiem, że przesunięcie jest prostoliniowe, a siła stała podczas przesunięcia.)

9. Opis doświadczenia

10. Materiały Do wykonania doświadczenia potrzebujemy umieszczonej na podstawce (1)ramy o wysokości 40 cm i szerokości 28 cm. Na ramie zawieszone jest na dwóch (2)sznurkach (3)koło o średnicy 12 cm. Rama wykonana jest z metalu, a podstawka i koło z drewna . 2 3 1

11. Wykonanie Nawijamy sznurki na oś koła tak, by wisiało w pobliżu poprzecznej, górnej belki ramki. Uwolnione koło zaczyna opadać coraz szybciej w dół, wirując jednocześnie coraz szybciej wokół osi. Maleje jego energia potencjalna grawitacji, która zamienia się na energię kinetyczną ruchu postępowego i obrotowego.

12. Gdy sznurek zostanie całkowicie odwinięty z osi koła, osiąga ono najniższe położenie. Następnie zaczyna poruszać się coraz wolniej w górę, coraz wolniej wirując wokół osi, na którą nawijają się sznurki. Maleje energia kinetyczna koła, która zamienia się na jego energię potencjalną. Z podobnym efektem spotykamy się w zabawie z jojo.

14. Film „Koło Maxwella”

15. Energia potencjalna: ∆Ep=m·g·h Energia kinetyczna: ∆Ek=(m·V2) : 2 Praca: W=F·x Szybkość z Ek V=√2Ek:m m – masa g – grawitacja h – wysokość V – szybkość F – siła x – przemieszczenie √- pierwiastek Wzory

16. Epmax=Ekmax∆E=WEc=EpmaxEpmax=Ep+Ek

17. Obliczenia

18. mkoła=60g=0,06kg g=9,81N/kg h=21,5cm=0,215m h1=17cm=0,17m h2=14,5cm=0,145m h3=11,5cm=0,115m h4=8,5cm=0,085m h5=7,5cm=0,075m h6=6,5cm=0,065m h7=5,5cm=0,055m h8=4,5cm=0,045m h9=3,5cm=0,035m Dane:

19. Ep=0,06kg*9,81N/kg*0,215m≈0,13J Ep1=0,06kg*9,81N/kg*0.17m≈0,10J Ep2=0,06kg*9,81N/kg*0,145m≈0,09J Ep3=0,06kg*9,81N/kg*0,115m≈0,07J Ep4=0,06kg*9,81N/kg*0,085m≈0,05J Ep5=0,06kg*9,81N/kg*0,075m≈0,04J Ep6=0,06kg*9,81N/kg*0,065m≈0,04J Ep7=0,06kg*9,81N/kg*0,055m≈0,03J Ep8=0,06kg*9,81N/kg*0,045m≈0,03J Ep9=0,06kg*9,81N/kg*0,035m≈0,02J

20. V=√2*0,13/0,06=√4,(3)≈2,08 m/s V1=√2*0,1/0,06=√3,(3)≈1,83 m/s V2=√2*0,09/0,06=√3≈1,73 m/s V3=√2*0,07/0,06=√2,(3)≈1,53 m/s V4=√2*0,05/0,06=√1,(6)≈1,29 m/s V5=√2*0,04/0,06=√1,(3)≈1,15 m/s V6=√2*0,04/0,06=√1,(3)≈1,15 m/s V7=√2*0,03/0,06=√1=1 m/s V8=√2*0,03/0,06=√1=1 m/s V9=√2*0,02/0,06=√0,12≈0,35 m/s

21. W0=0,13J+0,10J=0,23J W1=0,10J+0,09J=0,19J W2=0,09J+0,07J=0,16J W3=0,07J+0,05J=0,12J W4=0,05J+0,04J=0,09J W5=0,04J+0,04J=0,08J W6=0,04J+0,03J=0,07J W7=0,03J+0,03J=0,06J W8=0,03J+0,02J=0,05J W9=0,02J W=1,07J

22. Wnioski • Koło wprawione w ruch, obraca się coraz szybciej, przez co zmniejsza swoją energie potencjalną, a zwiększa energie kinetyczną . • W chwili przejścia energii potencjalnej w energie kinetyczną, Ep=0, a Ek=max dla danego obrotu. • Po 10 pełnych obrotach koło wykonało około 1,07J pracy. • Na wyniki pomiaru wpływa tarcie nitki o patyczek i strata energii na energię sprężystości sznurka, gdyż nie jest on elastyczny.

23. Niepewność pomiaru • Niepewność pomiaru – szerokość przedziału wartości wielkości mierzonej, wewnątrz którego pomiar pozwala z zadowalającym prawdopodobieństwem usytuować wartość tej wielkości. • W naszym doświadczeniu używałyśmy przyrządów, dzięki którym mogła wystąpić niepewność pomiaru Waga ± 0,1g Centymetr ± 0,1mm

24. Źródła informacji www.fizyka.zamkor.pl www.fizyka.iss.com.plwww.portalwiedzy.onet.plwww.4.bp.blogspot.com www.sciaga.pl www.fizykon.org www.zgapa.pl