Stoot en impuls verandering

Stoot en Impulsverandering Datum: woensdag 28 mei 2003
Docent: R. H
Vak: Natuurkunde 2 Experiment: Hoofdstuk 17, opdracht 29, blz. 72 -Inleiding: Met dit experiment probeer ik te onderzoeken wat het verband is tussen de stoot S op een voorwerp en de impulsverandering Äp van een voorwerp. Ik zal ook met het experiment de juistheid van dit verband proberen te controleren door een glijder met snelheid op een druksensor te laten botsen. Hoe het experiment in elkaar zit zal ik daarna uitvoerig bespreken. Na de uitleg over het experiment zal ik de resultaten tonen om de juistheid van het verband te bewijzen. - Het verband tussen Stoot en Impuls Het combineren van de regels: Fr = m · a en a= Äv/Ät tot Fr = m · Äv/Ät

Voor de eenparig versnelde beweging geeft een andere manier om de tweede wet van Newton op te schrijven: Fr · Ät = m Äv Het product van nettokracht en tijdsduur in deze formule noemen we de stoot op een voorwerp. Voor stoot S geldt dus S= Fr · Ät , omdat de nettokracht een vectorgrootheid is, is de stoot S ook een vectorgrootheid. Het product van massa en snelheidsverandering in deze formule is op een andere manier te schrijven: m · Äv = m· (ve-vb) = mve – mvb = Ä (m · v ) Het product van massa en snelheid is gelijk aan de verandering van het product van massa en snelheid. Dit product van massa en snelheid noem we de impuls van het voorwerp. Voor impuls p geldt dus p= m · v. Dus samengevat : door een stoot op een voorwerp krijg het voorwerp een impulsverandering. De grootte van die impulsverandering is gelijk aan stoot. S = Äp - uitleg plan van het experiment Ik moet dus het verband onderzoeken tussen de stoot S en de impulsverandering Äp. Ik laat dan een voorwerp met een bepaalde snelheid door een baan bewegen. Het zal op laatst tegen een krachtsensor botsen. Doordat de krachtsensor met de computer is aangesloten kan ik een diagram maken op de computer waarbij de nettokracht als functie van de tijd te zien zijn. Ik weet dat stoot S, S= Fr · Ät. Ik kan het begin -en de eindtijdstip van de botsing bepalen uit de (Fr,t) diagram en via de analyse kan ik dat de ( oppervlakte ) stoot bepalen. Verder heb ik een lichtsensor aangebracht om het begin en eind snelheid te meten. Ik zet de luchtpomp aan waardoor het voorwerp door de sensor gaat bewegen. De computer registreert het tijdsduur van de onderbreking van de sensors wanneer het voorwerp door de sensor beweegt. Met de lengte van het voorwerp en de tijdsduur van de onderbreking kan ik de snelheid van het voorwerp berekenen. Het voorwerp gaat dus een keer door de sensor voor de botsing en een keer door de sensor na de botsing (door de terugstoot). Ik heb nu dus een snelheid vb voor de botsing en ve na de botsing. De massa en de lengte van het voorwerp kan ik opmeten en wegen. Zo heb ik dus de waarde van stoot, begin –en eindsnelheid en massa. Waarmee ik de formule Fr · Ät = m Äv kan controleren. -Benodigdheden: voorwerp (dient als een auto) stofzuiger
baan
Computer
LichtSensor
KrachtSensor -Opstelling [plaatje0] -Experiment Ik zet de luchtpomp aan waardoor het voorwerp bijna wrijvingsloos kan bewegen door de baan. Ik geef het voorwerp dan een duwtje waardoor het een snelheid krijgt en tegen de krachtsensor botst. Dit zal ik vier keer herhalen. -Resultaten: Meting 1 Botsing begint bij 0,21 s en eindigt bij 0,26s. Met Analyse is het programma Coach ben ik in staat om de oppervlakte vast te stellen: 0,66 ns. Mijn Fr was dan S= Fr · Ät = 0,44 = Fr · 0,05
Fr= 8,8 n

Vb Begint bij 0s Eind bij 0,19s Verschil 0,19s
Ve Begint bij 0,29s Eind bij 0,50s Verschil 0,21s De lengte van het voorwerp is 17 cm dus de snelheid bij de eerste sensor
De voorwep weegt 356 g
0,17m/0,19s=0,89m/s
bij de tweede sensor is
0,17m/0,21s=0,81m/s
Als we de bewegingsrichting van het voorwerp voor de botsing als positieve richting kiest dan is de bewegingsrichting van ve negatief. De stoot is dus negatief
Het verschil tussen de twee snelheden is -0,81-0,89= -1,7 Äp= -1,7 · 0,356 = -0,61
Het is ongeveer gelijk aan de stoot die we via de (fr,t) diagram hebt gekregen. Meting 2 Botsing begint bij 0,40 s en eindigt bij 0,46s. Met Analyse is het programma Coach ben ik in staat om de oppervlakte vast te stellen: 0,34 ns. Mijn Fr was dan S= Fr · Ät = 0,34 = Fr · 0,06
Fr= 5,67 n
Vb Begint bij 0s Eind bij 0,36s Verschil 0,36s
Ve Begint bij 0,51s Eind bij 0,93s Verschil 0,42s 0,17m/0,36s=0,47m/s

bij de tweede sensor is
0,17m/0,42s=0,40m/s
Het verschil tussen de twee snelheden is -0,40-0,47= -0,87 Äp= -0,87 · 0,356 = -0,31
Het is ongeveer gelijk aan de stoot die we via de (fr,t) diagram hebt gekregen. Meting 3 Botsing begint bij 0,32 s en eindigt bij 0,37s. Met Analyse is het programma Coach ben ik in staat om de oppervlakte vast te stellen: 0,44 ns. Mijn Fr was dan S= Fr · Ät = 0,44 = Fr · 0,05
Fr= 8,8
Vb Begint bij 0s Eind bij 0,28s Verschil 0,28s
Ve Begint bij 0,41s Eind bij 0,74s Verschil 0,33s 0,17m/0,28s=0,6m/s
bij de tweede sensor is
0,17m/0,33s=0,52m/s
Het verschil tussen de twee snelheden is -0,52-0,6= -1,12 Äp= -1,12 · 0,356 = -0,40
Het is ongeveer gelijk aan de stoot die we via de (fr,t) diagram hebt gekregen. Meting 4 Botsing begint bij 0,41 s en eindigt bij 0,45s. Met Analyse is het programma Coach ben ik in staat om de oppervlakte vast te stellen: 0,35 ns. Mijn Fr was dan S= Fr · Ät = 0,35 = Fr · 0,05
Fr= 7

Vb Begint bij 0s Eind bij 0,35s Verschil 0,35s
Ve Begint bij 0,51s Eind bij 0,93s Verschil 0,42s 0,17m/0,35s=0,5m/s
bij de tweede sensor is
0,17m/0,42s=0,0,41m/s
Het verschil tussen de twee snelheden is -0,41-0,5= -0,91 Äp= -0,91 · 0,356 = -0,32
Het is ongeveer gelijk aan de stoot die we via de (fr,t) diagram hebt gekregen. Conclusie Het verband tussen de Fr · Ät stoot S, en de impulsverandering m Äv, klopt met de resultaten van mijn experiment