Klassiske fysikk-2-forsøk du kan gjøre med standard skoleutstyr, en enkel laserpeker eller telefonen. Hvert forsøk har utstyr, framgangsmåte, vanlige feil og et eksempel på hvordan rapporten kan se ut. Les labrapportmalen først, så ser du hvordan hver del fylles ut i forsøkene under. Noen forsøk bruker laser: følg laseradvarslene nøye.
En labrapport følger nesten alltid samme struktur. Under er de faste delene med kort veiledning. I hvert forsøk ser du et konkret eksempel på hvordan delene fylles ut for akkurat det forsøket.
Skriv i én eller to setninger hva du vil finne ut eller måle, og hvilken sammenheng du undersøker. Formuler det gjerne som et spørsmål du kan teste.
Forklar kort fysikken bak: hvilke størrelser og formler er relevante, og hva forventer du ut fra teorien. Definer symbolene du bruker.
List opp alt utstyr, med målenøyaktighet der det er relevant (linjal i mm, stoppeklokke i hundredeler). Nevn hvilken app du bruker hvis du måler med telefon, og hvilken laserklasse hvis du bruker laser.
Beskriv hva du gjorde steg for steg, så en annen kan gjenta forsøket. Skriv i fortid, ikke som en kommandoliste.
Før målingene i en tabell med enheter, og regn ut det du er ute etter. Lag gjerne en graf og les av stigningstall der det gir mening.
Vurder hva som kan ha påvirket resultatet, og om feilen gjør resultatet for høyt eller for lavt. Ikke bare skriv at det kan være feil.
Svar på problemstillingen med tallet du fant, sammenlign med forventet eller teoretisk verdi, og vurder hvor godt forsøket svarte på spørsmålet.
Se hvordan malen fylles ut, med den konkrete vrien, i hvert forsøk under.
Stemmer den målte sentripetalkraften på et lodd i sirkelbevegelse med F = m·v²/r?
Hvordan avhenger den induserte spenningen i en spole av hvor raskt magnetfeltet endrer seg, og hva bestemmer polariteten?
Hvor stor er brytningsindeksen til et glass- eller plexiglasstykke, målt med Snells lov?
Undersøke om sentripetalkraften på en roterende kork stemmer med kraften F = m·v²/r, ved å bruke et hengende lodd som kjent kraft.
Et legeme i jevn sirkelbevegelse trenger en sentripetalkraft F = m·v²/r rettet mot sentrum, der v = 2π·r / T. Her leveres kraften av tyngden til det hengende loddet, F = M·g, som virker gjennom snora. Forventet: m·v²/r ≈ M·g.
Med korkmasse m = 0,020 kg og radius r = 0,60 m målte vi 20 omdreininger på 13,9 s, altså T = 0,695 s. Da blir v = 2π·0,60 / 0,695 = 5,42 m/s og F = 0,020·5,42² / 0,60 = 0,98 N. Det hengende loddet var M = 0,100 kg, så M·g = 0,100·9,82 = 0,982 N.
Radien varierer litt fordi bindersen svinger. Snora skråner litt nedover, så en del av kraften er ikke helt vannrett, noe som gjør målt F litt lav. Unøyaktig tidtaking per omdreining.
Målt sentripetalkraft 0,98 N stemmer svært godt med det hengende loddets tyngde 0,982 N. Forsøket bekrefter F = m·v²/r innenfor måleusikkerheten.
Er den totale bevegelsesmengden bevart når to vogner støter sammen, og hvor mye kinetisk energi går tapt?
Undersøke om total bevegelsesmengde er bevart i et fullstendig uelastisk støt, og måle energitapet.
Bevegelsesmengde er p = m·v, og i et støt uten ytre krefter er summen bevart: mA·vA = (mA + mB)·v'. I et uelastisk støt der vognene henger sammen, går en del av den kinetiske energien Ek = ½·m·v² over til varme og lyd.
Begge vogner veide 0,50 kg. Vogn A hadde vA = 0,40 m/s, vogn B stod i ro. Etter støtet beveget begge seg med v' = 0,19 m/s. Bevegelsesmengde før: 0,50·0,40 = 0,20 kg·m/s. Etter: 1,00·0,19 = 0,19 kg·m/s. Ek før: ½·0,50·0,40² = 0,040 J. Ek etter: ½·1,00·0,19² = 0,018 J, altså om lag halvparten tapt.
Friksjon og luftmotstand bremser vognene litt mellom målepunktene, så målt fart etter støtet blir noe for lav. Skinna er ikke helt vannrett. Usikkerhet i fartmålingen.
Bevegelsesmengden var tilnærmet bevart (0,20 mot 0,19 kg·m/s), mens rundt halvparten av den kinetiske energien forsvant, som forventet i et uelastisk støt mellom like masser.
Undersøke hvordan indusert spenning i en spole avhenger av farten til magneten, og bekrefte at retningen følger Lenz' lov.
Faradays induksjonslov sier at indusert spenning er ε = -N·ΔΦ / Δt, der N er antall vindinger og Φ = B·A er den magnetiske fluksen. Fører vi magneten inn dobbelt så raskt (halvparten så lang tid), forventer vi omtrent dobbelt så stor spenning. Minustegnet og Lenz' lov sier at den induserte strømmen motvirker endringen, så retningen snur når bevegelsen snur.
Med N = 500 vindinger ga innføring på ca. 0,40 s en topp-spenning på 0,15 V. Innføring omtrent dobbelt så raskt (ca. 0,20 s) ga 0,30 V, altså om lag dobbelt så mye. Da vi trakk magneten ut igjen, ble spenningen negativ.
Farten ble bare grovt anslått for hånd, så tidene er usikre. Magneten gikk ikke like langt inn hver gang, noe som endrer fluksendringen. Skjelving i hånda gir ekstra små topper.
Topp-spenningen ble omtrent dobbelt så stor når magneten ble ført inn dobbelt så raskt, i tråd med Faradays lov. Spenningen skiftet fortegn ved motsatt bevegelse, som bekrefter Lenz' lov.
Hvordan endrer spenningen over en kondensator seg over tid, og hva er tidskonstanten τ = R·C?
Måle hvordan spenningen over en kondensator avtar under utlading, og bestemme tidskonstanten τ.
Under utlading gjennom en motstand er U(t) = U₀·e^(-t/τ), der tidskonstanten er τ = R·C. Etter tiden τ er spenningen sunket til 0,368·U₀. Halveringstiden henger sammen med τ ved t½ = τ·ln 2, altså τ = t½ / ln 2.
Med R = 10 kΩ og C = 1000 µF er R·C = 10000·1,0·10⁻³ = 10 s. Fra U₀ = 5,0 V målte vi at spenningen var halvert til 2,5 V etter t½ = 6,9 s. Da blir τ = 6,9 / ln 2 = 6,9 / 0,693 = 10,0 s.
Voltmeteret trekker litt strøm og påvirker utladingen. Oppgitt kapasitans på elektrolyttkondensatorer har stor toleranse (ofte ±20 %). Reaksjonstid ved avlesning av tid og spenning.
Målt tidskonstant 10,0 s stemmer svært godt med R·C = 10 s. Spenningen avtok eksponentielt, som forventet for en RC-krets.
Bestemme brytningsindeksen til et glasstykke ved å måle innfalls- og brytningsvinkel for en laserstråle.
Snells brytningslov sier n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂. Med luft (n₁ ≈ 1) blir brytningsindeksen til glasset n = sin θ₁ / sin θ₂, der θ₁ er innfallsvinkelen og θ₂ er brytningsvinkelen, begge målt fra normalen. Vanlig glass har n ≈ 1,5.
Med innfallsvinkel θ₁ = 40° målte vi brytningsvinkel θ₂ = 25°. Da blir n = sin 40° / sin 25° = 0,643 / 0,423 = 1,52.
Laserstrålen har litt bredde, så det er vanskelig å treffe eksakt vinkel med gradskiva. Unøyaktig avmerking av strålen og av normalen. En liten feil i vinkelen gir merkbar feil i n.
Vi fant n ≈ 1,52, som stemmer godt med brytningsindeksen for vanlig glass (rundt 1,5). Metoden er god når vinklene måles nøyaktig fra normalen.
Hvor lang er bølgelengden til laserlyset, målt med et diffraksjonsgitter?
Bestemme bølgelengden til en rød laserpeker ved å måle diffraksjonsvinkelen gjennom et gitter med kjent linjetetthet.
Et diffraksjonsgitter gir lyse prikker der d·sin θ = m·λ, med m = 0, 1, 2, ... . Her er d avstanden mellom linjene og θ vinkelen til orden m. Vinkelen finnes fra tan θ = x / L, der x er avstanden fra midtprikken til orden m og L er avstanden til skjermen.
Gitteret hadde 300 linjer/mm, så d = 1 / 300 mm = 3,33·10⁻⁶ m. Med L = 1,50 m målte vi x = 0,30 m til første orden. Da blir tan θ = 0,30 / 1,50 = 0,20, altså θ = 11,3° og sin θ = 0,196. Bølgelengden blir λ = d·sin θ = 3,33·10⁻⁶·0,196 = 6,5·10⁻⁷ m = 650 nm.
Unøyaktig måling av avstanden x og L. Gitteret kan stå litt på skrå. For små vinkler er tan θ og sin θ nesten like, men ved store vinkler må man bruke riktig sammenheng.
Vi fant λ ≈ 650 nm, som ligger i det røde området av synlig lys og stemmer godt med en vanlig rød laserpeker.
Stemmer bølgefarten målt fra stående bølger med farten regnet ut fra strekk og lengdetetthet?
Måle bølgefarten på en streng fra stående bølger og sammenligne med farten regnet ut fra strekk og lengdetetthet.
På en stram streng er bølgefarten v = √(F/µ), der F er strekket og µ er lengdetettheten. En stående bølge har knuter og buker, og for n buker over lengden L er bølgelengden λ = 2L / n. Bølgefarten er også v = f·λ. De to uttrykkene for v skal gi samme svar.
Lengdetettheten var µ = 0,50 g/m = 5,0·10⁻⁴ kg/m. Ved frekvens f = 100 Hz fikk vi n = 3 buker over L = 0,90 m, altså λ = 2·0,90 / 3 = 0,60 m og v = f·λ = 100·0,60 = 60 m/s. Loddet var M = 0,18 kg, så F = 0,18·9,82 = 1,77 N og v = √(1,77 / 5,0·10⁻⁴) = √3540 = 59,5 m/s.
Vanskelig å avgjøre nøyaktig hvilken frekvens som gir skarpest knuter. Lengdetettheten er målt på et kort stykke og kan variere. Strekket er ikke helt jevnt fordi trinsa har litt friksjon.
De to metodene ga 60 m/s og 59,5 m/s, som stemmer svært godt. Forsøket bekrefter sammenhengen v = √(F/µ) = f·λ for stående bølger på en streng.