‫בס"ד‬ ‫מטרת הניסוי‬ ‫בניסוי זה נחקור את הקשר שבין מתקף הפועל על גוף במהלך‬ ‫התנגשות לבין שינוי התנע שלו כתוצאה מהמתקף‪:‬‬ ‫⃗𝑣∆ ∙ 𝑚 = 𝑡𝑑 ∙ ⃗𝐹 �‬ ‫כמו‪-‬כן‪ ,‬נבדוק האם בהתנגשות נשמרת האנרגיה )התנגשות אלסטית לחלוטין(‪.‬‬ ‫תיאור הניסוי‬ ‫בניסוי זה עגלת הדינמיקה תתנגש התנגשות אלסטית בקפיץ המחובר לחיישן כוח‪ .‬באמצעות חיישן‬ ‫הכוח נוכל לדגום בקצב גבוה את הכוח כפונקציה של הזמן במהלך ההתנגשות הקצרה‪ ,‬ובעזרת כלי‬ ‫הניתוח של התוכנה לחשב את השטח תחת הגרף‪ ,‬שהוא אינטגרל הכוח= מתקף‪ .‬באמצעות חיישן‬ ‫התנועה נוכל למדוד את מהירת העגלה רגע לפני ורגע אחרי ההתנגשות‪ ,‬ולחשב את השינוי בתנע‪.‬‬ ‫ציוד נדרש‬ ‫ ‪ 200PS2100‬מתאם ‪(x2) USB‬‬‫ ‪ 200PS2103‬חיישן תנועה‬‫ ‪ 200PS2104‬חיישן כוח‬‫ ‪ 200ME9431‬מערכת דינמיקה של פסקו‬‫חלקי מערכת הדינמיקה הנדרשים‪ :‬מסילה‪ ,‬עגלת דינמיקה‪ ,‬משקולת ‪ 250‬גר'‪ ,‬תפסנית מוט‪.‬‬ ‫ ‪ 200ME8973‬מתאם התנגשויות לחיישן הכוח‪ +‬פגושי קפיץ‪.‬‬‫‪ -‬כן מעבדה‪ +‬מוט או ג'ק מעבדה‬ ‫הרכבת מערכת הניסוי‬ ‫‪-‬‬ ‫מחברים את מעצור המתאם לחיישן הכוח לקצה מסילה‪ ,‬כך‬ ‫שהבורג המובנה פונה לכיוון המסילה‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫מחברים את חיישן הכוח למתאם באמצעות הבורג )יש‬ ‫להסיר את הבורג של החיישן כדי לפנות את חור ההברגה(‪.‬‬ ‫ראה תמונה מס' ‪ 1‬משמאל‪.‬‬ ‫תמונה מס'‪1‬‬ ‫‪-‬‬ ‫מגביהים את צד המסילה הנגדי באמצעות כן המעבדה‪ +‬תפסנית מוט )ראה תמונה מס' ‪ (2‬או ג'ק מעבדה‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫את חיישן התנועה מחברים לקצה המסילה המוגבה‪ .‬יש לכוון את המתג בראש החיישן לאלומה צרה )מסומן‬ ‫ב"עגלה"(‪ ,‬ולוודא שפני החיישן מקבילים לעגלה באמצעות המד‪-‬זווית בצד החיישן )יש לכוון ל‪.(0°-‬‬ ‫‪-‬‬ ‫מחברים את הקפיץ הרך‪ ,‬הכלול באביזר ההתנגשויות של חיישן הכוח‪ ,‬לחיישן הכוח במקום הוו‪.‬‬ ‫ראה תמונה מס' ‪ -2‬תיאור מערכת הניסוי‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫מחברים את החיישנים למחשב באמצעות מתאמי ‪.USB‬‬ ‫תמונה מס' ‪2‬‬ ‫© "שולמן‪ -‬ציוד לימודי" רח' התעשייה ‪ 4‬ראש‪-‬העין טל'‪ 03-5605536 :‬דוא"ל‪shulman@isp.net.il :‬‬ ‫‪1‬‬ ‫בס"ד‬ ‫מהלך הניסוי‬ ‫‪ .1‬מדוד את מסת העגלה ללא משקולת‪ .M= ___________ :‬רשום ערך זה בטבלה‪ ,‬בשורת "עגלה ללא משקולת"‪.‬‬ ‫‪ .2‬פתח את קובץ ‪ capstone‬של הניסוי‪" :‬מתקף ותנע"‪.‬‬ ‫בקובץ זה קצב הדגימה של חיישן התנועה מוגדר ל‪ ,100Hz -‬וקצב הדגימה של חיישן הכוח מוגדר ל‪.500Hz-‬‬ ‫בדף הניסוי יש גרף המציג את מהירות העגלה והכוח כפונקציה של הזמן‪.‬‬ ‫‪ .3‬גרור את העגלה לנקודת התחלת התנועה‪ ,‬שהיא במרחק של כ‪ 15-‬ס"מ מחיישן התנועה )הקפד על נקודה קבועה‬ ‫לשחרור העגלה כדי שנקודת השחרור תהיה נתון קבוע במדידות החוזרות(‪.‬‬ ‫‪ .4‬לפני תחילת כל מדידה יש לאפס את חיישן הכוח‪ :‬לחץ מספר שניות על כפתור האיפוס שעל‪-‬גבי החיישן )‪.(zero‬‬ ‫‪ .5‬לחץ על כפתור ההקלטה בתוכנה‪-‬‬ ‫‪ ,‬ושחרר את העגלה )ממהירות "‪.("0‬‬ ‫‪ .6‬לאחר ההתנגשות עם הקפיץ‪ ,‬עצור את המדידה בלחיצה על‬ ‫‪.‬‬ ‫‪ .7‬מדידת מהירות העגלה לפני ואחרי ההתנגשות‪:‬‬ ‫‪-‬‬ ‫הקלק עם עכבר שמאלי על חלקו העליון של הגרף )החלק עם גרף המהירות(‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫לחץ על כפתור‬ ‫‪-‬‬ ‫לחץ על כפתור‬ ‫בסרגל הכלים של הגרף להצגת גרף מדידת )‪ v(t‬בצורה אופטימלית‪.‬‬ ‫בסרגל הכלים של הגרף‪ ,‬והתאם את גודל תיבת התחום ומיקומה‪ ,‬כך שיודגשו בצהוב‬ ‫הנקודות הרלוונטיות של מדידת המהירות מסמוך להתנגשות ועד לאחריה )ראה תמונה מס' ‪.(3‬‬ ‫תמונה מס' ‪3‬‬ ‫להתמקדות הגרף סביב הקטע שסימנת‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫לחץ שנית על כפתור‬ ‫‪-‬‬ ‫לחץ על כפתור "קורא הקואורדינטות"‬ ‫‪ ,‬ובאמצעות העכבר גרור את סמן הכלי שמופיע על הגרף לנקודת‬ ‫מדידת המהירות רגע לפני ההתנגשות )ראה תמונה מס' ‪ -4‬גרף ימני(‪ .‬רשום את המהירות בטבלה‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫גרור את סמן "קורא הקואורדינטות" לנקודת מדידת המהירות רגע אחרי ההתנגשות )ראה תמונה מס' ‪-4‬גרף‬ ‫שמאלי(‪ .‬רשום את המהירות בטבלה‪.‬‬ ‫תמונה מס' ‪4‬‬ ‫‪-‬‬ ‫חשב מנתוני הטבלה את התנע לפני ההתנגשות‪ ,‬לאחריו ואת ההפרש‪ ,‬ומלא את הטבלה‪.‬‬ ‫© "שולמן‪ -‬ציוד לימודי" רח' התעשייה ‪ 4‬ראש‪-‬העין טל'‪ 03-5605536 :‬דוא"ל‪shulman@isp.net.il :‬‬ ‫‪2‬‬ ‫בס"ד‬ ‫עגלה ללא משקולת‬ ‫מסת‬ ‫העגלה‬ ‫)‪(kg‬‬ ‫מהירות לפני‬ ‫ההתנגשות‬ ‫)‪(m/s‬‬ ‫תנע לפני‬ ‫ההתנגשות‬ ‫)‪(kg*m/s‬‬ ‫מהירות אחרי‬ ‫ההתנגשות‬ ‫)‪(m/s‬‬ ‫תנע אחרי‬ ‫ההתנגשות‬ ‫)‪(kg*m/s‬‬ ‫שינוי בתנע‬ ‫)‪(kg*m/s‬‬ ‫מתקף‬ ‫)‪(N*s‬‬ ‫עגלה עם משקולת‬ ‫עגלה עם משקולת‬ ‫מתנגשת בקפיץ‬ ‫הקשה‬ ‫‪ .8‬מדידת המתקף שמפעיל קפיץ חיישן הכוח‪:‬‬ ‫‬‫‪-‬‬ ‫הקלק עם עכבר שמאלי על חלקו התחתון של הגרף )החלק עם גרף הכוח(‪.‬‬ ‫לחץ על כפתור‬ ‫בסרגל הכלים של הגרף‪ ,‬והתאם את גודל תיבת התחום ומיקומה‪ ,‬כך שיודגשו בצהוב‬ ‫הנקודות של מדידת הכוח במהלך ההתנגשות בלבד )ראה תמונה מס' ‪.(5‬‬ ‫תמונה מס' ‪5‬‬ ‫‪-‬‬ ‫לחישוב השטח תחת גרף הכוח‪ -‬לחץ על כפתור חישוב השטח תחת הגרף‪-‬‬ ‫‪ ,‬בסרגל הכלים של הגרף‪,‬‬ ‫והשטח הכלוא תחת נקודות הגרף שסימנת יופיע‪ ,‬ויסומן על גרף המדידה‪.‬‬ ‫‪-‬‬ ‫רשום בטבלה את המתקף בהתנגשות‪.‬‬ ‫‪ .9‬צלם את הדף עם התוצאות וניתוחן בלחיצה על המצלמה‬ ‫‪.‬‬ ‫‪ .10‬במדידה הבאה נעמיס על העגלה משקולת שתכפיל את מסתה‪ ,‬ונשחרר מאותה נקודה כמו במדידה הקודמת‪.‬‬ ‫שער ונמק את השערותיך‪:‬‬ ‫‪ ‬מהירות העגלה רגע לפני ההתנגשות תגדל‪/‬תקטן‪/‬לא תשתנה‪.‬‬ ‫‪ ‬השינוי בתנע העגלה כתוצאה מההתנגשות יהיה גדול יותר‪/‬קטן יותר‪/‬לא ישתנה‪.‬‬ ‫‪ ‬המתקף שמפעיל קפיץ החיישן על העגלה בהתנגשות יגדל‪/‬יקטן‪/‬לא ישתנה‪.‬‬ ‫‪ .11‬העמס על העגלה משקולת מלבנית‪ ,‬ומדוד את מסת העגלה עם המשקולת‪.M= ___________ :‬‬ ‫‪ .12‬רשום ערך זה בטבלה‪ ,‬בשורת "עגלה עם משקולת"‪.‬‬ ‫‪ .13‬חזור על המדידה וניתוח התוצאות‪ ,‬המתוארים בסעיפים ‪.3-9‬‬ ‫‪ .14‬במדידה הבאה נשאיר את המשקולת על העגלה‪ ,‬ונחליף את הקפיץ המחובר לחיישן בקפיץ קשיח יותר‪.‬‬ ‫שער ונמק את השערותיך )השוואה עם המדידה הקודמת שבה יש לעגלה את אותה מסה(‪:‬‬ ‫‪ ‬מהירות העגלה רגע לפני ההתנגשות תגדל‪/‬תקטן‪/‬לא תשתנה‪.‬‬ ‫‪ ‬השינוי בתנע העגלה כתוצאה מההתנגשות יהיה גדול יותר‪/‬קטן יותר‪/‬לא ישתנה‪.‬‬ ‫‪ ‬המתקף שמפעיל קפיץ החיישן על העגלה בהתנגשות יגדל‪/‬יקטן‪/‬לא ישתנה‪.‬‬ ‫© "שולמן‪ -‬ציוד לימודי" רח' התעשייה ‪ 4‬ראש‪-‬העין טל'‪ 03-5605536 :‬דוא"ל‪shulman@isp.net.il :‬‬ ‫‪3‬‬ ‫בס"ד‬ ‫‪ .15‬רשום את ערך המסה בטבלה בשורת "עגלה עם משקולת מתנגשת בקפיץ קשיח יותר"‪.‬‬ ‫‪ .16‬חזור על המדידה וניתוח התוצאות‪ ,‬המתוארים בסעיפים ‪.3-9‬‬ ‫עיבוד התוצאות ומסקנות‬ ‫‪.1‬‬ ‫הבט על גרף הכוח‪ .‬ממה נגרמות התנודות במדידה לאחר ההתנגשות‪ ,‬ומדוע לא חישבת את המתקף עבור פרק‬ ‫הזמן של תנודות אלו?‬ ‫‪.2‬‬ ‫השווה בין הגרפים של הכוח בשלושת המדידות ועמוד על הדומה והשונה מבחינת‪ -‬צורת הגרף‪ ,‬הערך המקסימלי‬ ‫של הכוח‪ ,‬משך זמן ההתנגשות וגודל המתקף‪ .‬נמק‪.‬‬ ‫‪.3‬‬ ‫כמסקנה מהמדידות שלך‪ ,‬הסבר את חשיבותה של כרית האוויר ברכב בזמן התאונה‪ ,‬והשפעת האלסטיות שלה‪.‬‬ ‫‪.4‬‬ ‫האם ההתנגשות עם הקפיץ אלסטית לחלוטין או לא? נמק והשווה בין הקפיץ הרך והקשה‪.‬‬ ‫‪.5‬‬ ‫במידה ואכן ההתנגשות אלסטית לחלוטין‪ -‬הסבר כיצד המהירות בגודלה אינה משתנה כמעט לפני ואחרי‬ ‫ההתנגשות ואילו שינוי בתנע קיים?‬ ‫‪ .6‬בדוק עבור ‪ 3‬המדידות האם מתקיים השוויון בין המתקף הפועל העגלה לשינוי בתנע‪.‬‬ ‫© "שולמן‪ -‬ציוד לימודי" רח' התעשייה ‪ 4‬ראש‪-‬העין טל'‪ 03-5605536 :‬דוא"ל‪shulman@isp.net.il :‬‬ ‫‪4‬‬