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牛顿的运动定律

Overview

资料来源: 安德鲁达菲,博士,物理系,波士顿大学,波士顿,马萨诸塞州

本实验研究在各种情况下,涉及两个相互作用的对象。

首先,实验检查两个对象应用到另一个,虽然它们碰撞的力量。对象是有变群众的三轮的手推车。这次实验的目的是发现当第一辆车在其他施加的力是同一数量级作为第二个车回到施加给第一,力,以及这两种力量的时候有不同震级。

第二,它检查两个物体相互施加时有一辆小车是推或者拉第二个的力量。再次,重点是探索两支部队有相同的大小和在不同震级局势。

Principles

本实验的主要目的是探讨牛顿第三定律。

该仪器由两辆车,每个都有安装在顶部 (图 1) 上的力传感器组成。力传感器连接到计算机通过一个专用的计算机接口。每个力传感器测量其他力传感器在碰撞或推/拉情况过程中施加的力。

Figure 1
图 1。基本的安装程序。装置的关键部件是两三轮的手推车,每一个都有一个力传感器,安装在顶部和计算机接口。

Procedure

1.碰撞情况

  1. 进入每个力传感器螺杆橡胶保险杠 (图 1)。
  2. 在 50-N 设置上设置每个力传感器。
  3. 零力传感器在每次试验前的按"零"按钮旁边的绿色箭头,开始收集数据。
  4. 检查以查看为每个力传感器适当地定义了 (向右) 积极的方向发展。
    1. 推进力传感器安装在右边的车;这应导致积极的力量阅读。推进力传感器安装在左边的车;这应导致负面的力量阅读。
    2. 如果两者都是错的只是扭转购物车的位置。
  5. 如果只有一个是错的转到"实验菜单"并选择"安装传感器"。选择适当的力传感器,并选择"反向"。
  6. 第一次碰撞涉及车的质量相等。指定要固定在碰撞前有一辆小车。另一辆车将给出初始速度向固定车所以车碰撞。
  7. 前推着一辆车朝另打"收集"按钮 (绿色箭头)。推一车一小把,释放车,并观察碰撞。在典型的审判,应遵守力峰值约 8 至 20 N。如果峰值力值远小于或要远远大于这个范围,调整推。
  8. 在碰撞后,计算机将显示图"与时间,部队",按每个力传感器记录。
    1. 如果没有显示图形,扭转的触发。
    2. 后在点击"收集"的按钮,没有数据实际记录直到力传感器之一记录值高于 (或低于) 某一水平。但是,如果触发水平设置为一个正值和力传感器只给出负面的力量值,或反之亦然,计算机将永远不会收到信号,告诉它对记录数据。
    3. 要检查,或扭转,触发器设置,按 (立即到左边的"零"的按钮) 的"收集数据"图标,并选择"触发"选项卡。
  9. 在这个实验中使用的两个选项是"增加跨 0.2 N"和"跨-0.2 N.递减"如果这些设置之一不导致的必要的触发,切换到其他。
    1. 在第二次碰撞,平稳的车应该有 2-3 倍的车,是移动在碰撞前的质量。要实现这一目标,到固定的购物车添加一个或更多的权重。重复该过程 (请参阅下面的步骤)。
    2. 指定高质量车要固定在碰撞之前。
    3. 点击"收藏"按钮和推低质量车往更高质量的车。
    4. 计算机将显示两个"力与时间"图。

在第三次碰撞,在碰撞之前移动的车应该有 2-3 倍的固定车质量。通过将额外的重量从一车转移到其他达到此。重复进行碰撞和收集数据的过程。

2.推和拉的情况

  1. 用钩子代替橡胶保险杠上每个力传感器。
  2. 钩车在一起,以便推或拖另一辆车有一辆小车。
  3. 反向的触发条件,1.8 的步骤中所述。
  4. 开始与车的质量相等。
  5. 点击"收藏"按钮。
  6. 拉或推车之一,以便它拉或推另一辆车,分别,或岩石它来来回回,以至于那里发生既拉动和推动。
  7. 给车正在拉和/或推质量的另一辆车 2-3 倍。重复数据收集过程。
    1. 对于这个推/拉场景"与时间的力量"数据记录。
  8. 给车做拉和 (或) 推动质量的另一辆车 2-3 倍。重复数据收集过程。
    1. "与时间的力量"数据记录在此推/拉的场景中。

Results

牛顿第三定律,每当两个对象进行交互,第二个对象的作用力等于规模和对该部队的第一个对象产生的第二个方向相反的第一个对象。这是很简单的状态,但它可以很难被接受。例如,它常常假定的力较大的物体施加一个较小的对象是比力小对象回施加更大的对象。

Figure 2
图 2。第一次碰撞的结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 3
图 3.第二次碰撞的结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 4
图 4.第三次碰撞的结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 5
图 5.第一种推/拉情况结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 6
图 6.第二种推/拉情况结果。部队所推车经历相等,方向相反。

Figure 7
图 7.结果第三次推 / 拉情况。部队所推车经历相等,方向相反。

Application and Summary

在这个实验中,即,在所有的相互作用,应用到另一个对象的力等于规模和回上第一次的第二个对象所施加的力的方向相反的解决的概念有很多应用。例如,(1) 太阳适用于地球的引力是平等和对面地球适用于太阳的引力 (2) 地球适用于月球的引力是平等和相反的引力,月球适用于地球。(3) 施加一个苹果给地球的引力是平等和对面的引力苹果适用于地球。(4) 在一次碰撞,例如,一辆汽车与一辆卡车在大街上的或之间的两个球员,部队都是相等的和对面,不管群众的比较。(5) 当一个人站在地板上,或坐在椅子上,地板或椅子上的人是平等和相反的力施加在地板或椅子上施加力。

Tags

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Overview

1:04

The Laws of Motion

3:57

Set-up

5:40

Collision Between Carts of Equal Mass

6:48

Collisions Between Carts of Unequal Mass

8:33

Applications

9:51

Summary

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