Quelle: Nicholas Timmons, Asantha Cooray, PhD, Department of Physics & Astronomie, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, CA

Das Ziel dieses Experiments ist es, die Komponenten der Kraft und ihre Beziehung zur Bewegung durch den Einsatz von Newtons zweites Gesetz zu verstehen, durch die Messung der Beschleunigung eines Segelflugzeugs wird von einer Kraft beaufschlagt.

Fast jeder Aspekt der Bewegung im Alltag kann durch Isaac Newtons drei Gesetze der Bewegung beschrieben werden. Sie beschreiben, wie Objekte in Bewegung bleiben Sie in Bewegung (das erste Gesetz), tendenziell Objekte werden beschleunigt, wenn durch eine resultierende Kraft (der zweite Hauptsatz) beaufschlagt und jede Kraft, die von einem Objekt haben eine gleich und Gegenteil zwingen ausgeübte zurück auf das Objekt (das dritte Gesetz). Fast alle High School und studierte Mechanik basiert auf diese einfache Konzepte.

Eines der berühmtesten Gleichungen aller Physik ist Newtons zweites Gesetz:

. (Gleichung 1)

Es gibt einfach an, dass die Kraft auf ein Objekt gleich der Masse des Objekts Zeiten seine Beschleunigung ist.

Im Experiment zu folgen wird ein Segelflugzeug mit einem Fallgewicht durch eine Riemenscheibe verbunden sein. Da Reibung durch das Segelflugzeug gleiten entlang einer Strecke in eine zusätzliche Kraft, die schwer führen würde zu messen ist, wird der Schirm eine Luft unterwegs, um die Reibung zu reduzieren sein. Die Air Track schafft ein Luftpolster zwischen Schirm und Gleis, Reibung auf etwa null zu reduzieren. Die Kraft des Gewichts beschleunigt das Segelflugzeug nach Gleichung 1.

Die Kraft auf das Gewicht werden aufgrund der Schwerkraft und die Spannung in der Zeichenkette, die das Segelflugzeug das Fallgewicht herstellen. Die Spannung wird gegen die Drehrichtung das Fallgewicht und haben die entgegengesetzten Vorzeichen wie der Schwerkraft in der Gleichung. Auf diese Weise wird Gleichung 1 , wo T ist die Spannung und ist die Erdbeschleunigung (~9.8 m/s²). Während die Erdbeschleunigung unverändert bleibt, kann die Kraft erhöht werden, durch Hinzufügen von Masse.

Wie das Gewicht fällt, schafft es Spannungen in der Zeichenfolge, die das Segelflugzeug das Gewicht herstellen. Die Riemenscheibe ändert die Richtung der die Zugkraft von vertikal auf horizontal. Mit nichts sonst verbunden ist die Spannung in der Zeichenkette gleich der Kraft das Fallgewicht, das die gleiche Größe der Kraft für das Segelflugzeug gilt. Daher wird entspricht die Zugkraft T die Kraft auf den Schirm;  Weil das Gewicht und den Schirm verbunden sind, deren Beschleunigung werden die gleichen für beide Objekte. Um die Beschleunigung auf den Schirm durch den Zug des Gewichts zu berechnen, werden die Kräfte gleichgesetzt.

, die gelöst werden:

. (Gleichung 2)

Um die Beschleunigung zu messen, wird ein Timer Photogate 20 cm von der ursprünglichen Position des Segelflugzeugs platziert. Die Beschleunigung kann aus der gemessenen Endgeschwindigkeit und zurückgelegte Strecke unter Verwendung der folgenden Gleichung berechnet werden:

, (Gleichung 3)

wo ist die Endgeschwindigkeit und ist die zurückgelegte Strecke. Die Fahne an der Spitze des Schirms wird die Photogate durchlaufen die Zeit der Schirm braucht erfassen wird, um durch das Tor passieren. Die Flagge ist 10 cm lang, so dass die Geschwindigkeit des Gleitschirms gleich der Länge der Flagge geteilt durch die Zeit ist.

1. Ersteinrichtung.

1. Die Luft-Strecke wird eine Riemenscheibe an einem Ende angeschlossen haben. Binden Sie die Zeichenfolge an einem Ende des Schirms und führen Sie es durch die Riemenscheibe, wo es an das hängende Gewicht angeschlossen werden.
2. Legen Sie den Schirm an der 190 cm-Marke auf die Luft weg. Stellen Sie den Photogate Zeitmesser an der 100-cm-Marke. Der Schirm selbst hat eine Masse von 200 g. den Schirm festhalten, damit es nicht zu bewegen und am Ende hängen Gewichte hinzufügen, so dass die gesamte Masse des Gewichts 10 g entspricht.
3. Sobald die Gewichte vorhanden sind, lassen Sie den Schirm vom Rest und erfassen Sie die Geschwindigkeit des Gleitschirms. 5 Abfahrten führen und den Mittelwert zu nehmen.
4. Berechnen Sie den theoretischen Wert für Beschleunigung Gleichung 2 mit dem experimentellen Wert aus Gleichung 3. Zum Beispiel, wenn der Schirm Masse von 200 g hat und die hängenden Gewichte eine Masse 10 g, dann die theoretische Beschleunigung aus Gleichung 2 haben, ist wenn die gemessene Geschwindigkeit 0,95 m/s beträgt, dann mit Gleichung 3, der experimentelle Wert für die Beschleunigung ist

2. Erhöhung der Mass des Gleitschirms.

1. Fügen Sie vier Gewichte auf den Schirm, das Doppelte seiner Masse wird.
2. Lassen Sie das System aus und notieren Sie die Geschwindigkeit des Gleitschirms. 5 Abfahrten führen und den Mittelwert zu nehmen. Der theoretische Wert für die Beschleunigung von Gleichung 2, und dem experimentellen Wert aus Gleichung 3berechnet.

3. Erhöhung der Kraft auf den Schirm.

1. Fügen Sie mehr Masse das hängende Gewicht, so dass es eine Gesamtmasse von 20 g hat.
2. Lassen Sie das System aus und notieren Sie die Geschwindigkeit des Gleitschirms. 5 Abfahrten führen und den Mittelwert zu nehmen.
3. Der theoretische Wert für die Beschleunigung von Gleichung 2, und dem experimentellen Wert aus Gleichung 3berechnet.
4. Fügen Sie mehr Masse das hängende Gewicht, so dass es eine Gesamtmasse von 50 g hat.
5. Lassen Sie das System aus und notieren Sie die Geschwindigkeit des Gleitschirms. 5 Abfahrten führen und den Mittelwert zu nehmen.
6. Der theoretische Wert für die Beschleunigung von Gleichung 2, und dem experimentellen Wert aus Gleichung 3berechnet.

					% Unterschied
200	10	0.93	0,47	0,43	9
400	10	0.66	0,24	0,22	9
200	20	1.28	0,89	0,82	9
200	50	1.96	1,69	1.92	145

Die Ergebnisse dieses Experiments bestätigen die Prognosen von den Gleichungen 2 und 3. Mit der erhöhten Masse des Segelflugzeugs in Schritt 2 war die Beschleunigung kleiner, weil eine größere Kraft nötig wäre, um den Schirm auf der gleichen Geschwindigkeit wie in Schritt 1 zu beschleunigen. In Schritt 3 die erhöhte Masse des Gewichts hängen in der Tat die Kraft auf den Schirm und damit die Beschleunigung erhöhen. Die Beschleunigung wurde mit der Masse erhöht, wie vorhergesagt.

Reibung war dank der Luftpolster zwischen den Schirm und die Strecke fast auf Null. Die Luftblase ist nicht perfekt, aber, und die Luft aus dem Weg könnte den Schirm in eine bestimmte Richtung schieben. Dies kann getestet werden, dadurch, dass den Schirm auf dem Luft-weg mit keine Gewalt angewendet zu sitzen. Wenn der Schirm in eine beliebige Richtung bewegt, möglicherweise etwas Kraft auf den Schirm aus dem Weg.

Newtons zweite Gesetz ist grundsätzlich mit der Bewegung Menschen Erfahrung jeden Tag verbunden. Ohne Kraft ein Objekt wird nicht beschleunigen und bleibt in Ruhe oder wird weiterhin mit einer konstanten Geschwindigkeit zu bewegen. Also, wenn jemand will etwas bewegen, wie z. B. beim Auftreffen auf ein Baseball eine gewisse Distanz, genügender Kraft aufgewendet werden muss. Die Kraft kann mit so einfach wie eine Gleichung berechnet werden

Ebenso es eine gewisse Kraft dauert, ein Objekt zu beschleunigen, nimmt es die gleiche Menge an Kraft, die Geschwindigkeit eines Objekts auf Null zu bringen. Indem man , es ist klar, dass ein bitterer mit viel Masse viel schwieriger, als ein Objekt mit einer kleineren Masse zu stoppen. Es ist einfacher, ein Fahrrad als einen Zug zu stoppen! Je schneller geht etwas, die weitere Beschleunigung ist erforderlich, um es zum Stillstand zu bringen, so dauert es viel mehr Kraft, um eine Kugel als ein Basketball zu stoppen.

Newtons zweite Gesetz wird ein bisschen komplizierter, wenn die Komponenten der Kraft mit der Zeit ändern. Für ein Objekt, bei dem einige Auftritt ziehen Sie Art von Gewalt, wie Luftwiderstand, seine Beschleunigung kann mit der Zeit ändern. Eine Rakete ist ein Beispiel für ein Objekt mit einer Masse, die mit der Zeit ändert. Da die Rakete Kraftstoff verbrennt, seine Masse wird kleiner, und es tatsächlich erfordert weniger Kraft, wie die Zeit vergeht zu beschleunigen.

In diesem Experiment wurden die Komponenten der Kraft untersucht. Newtons zweite Gesetz besagt, dass Kraft gleich der Masse des Objektes multipliziert mit der Beschleunigung. Durch die Anpassung der Mass des Segelflugzeugs, verringerte sich die Beschleunigung des Gleitschirms. Mit erhöhter Kraft auf den Schirm war die Beschleunigung wurde Newtons zweite Gesetz bestätigt. Die Ergebnisse dieses Experiments sollte genau, solange gibt es keine anderen Kräfte auf den Schirm. Deshalb in diesem Experiment mit einem Luft-Track Reibung reduziert wurde.