Fizika laborgyakorlatok

Megfeleltetések, analógiák mechanikai és elektromos (elektromágneses) jelenségek között.

DEMONSTRÁCIÓS KÍSÉRLETEK:

1. Rugalmatlan ütközések vizsgálata különböző tömegű és sebességű kiskocsikkal, fotokapukkal, jelfeldolgozó berendezéssel.

2. Különböző kapacitású és  feszültségű kondenzátorok  párhuzamos (össze)-kapcsolása.

A közös sebesség, a közös feszültség mérése. Lendület- (töltés)megmaradás vizsgálata. A mozgási és az elektromos energia.

A jelenségeket leíró összes fizikai mennyiség és megmaradási törvény megfeleltetése.  Szimmetriaelvek – megmaradási törvények.

TANULÓKÍSÉRLETEK:

1. Rugón függő test csillapítatlan és csillapított harmonikus rezgésének vizsgálata erőszenzorral, NOVA  5000 Multilab programmal.

2. Elektromágneses rezgések előállítása jelgenerátorral (20 Hz – 2 Mhz), vizsgálatuk kétsugaras oszcilloszkópon. A rezonancia vizsgálata.

3. Elektromosan előállított (szintetikus) hangok és jelalakjuk oszcilloszkópon.

4. Beszédhangok  elektromágneses átalakítása mikrofonnal, a hang képe.

A kísérletek az április 16 –ai országos „A fizika mindenkié 2.0” program része, amibe – két hetes időeltolódással – csatlakoznak a kárpátaljai magyar diákok. Ez a program célzatosan nem igényli az előzetes felkészülést, tanulmányokat. Megpróbálunk – valamilyen mélységben – mindent itt elsajátítani.

1.  Oszcilloszkópon tanulmányozzuk a jelgenerátor szinuszos, háromszög- és négyszögjeleit. Változtassuk a frekvenciát, amihez az oszcilloszkóp vertikális eltérítési idejét is megfelelő módon hozzáigazítjuk.

2.  Kapcsoljuk a jelgenerátort szinusz jel állásba, majd kondenzátorral „terheljük” a generátort. Mivel annak belső ellenállása elég nagy, a frekvencia növelésével – a kondenzátor kapacitív ellenállásának frekvenciával fordított arányossága miatt ( X_c=1/(2 fC) )– a szinusz jel amplitúdója csökkenni fog. A kondenzátor helyett most vasmagos tekercset kapcsolunk a generátorra. Mivel annak jellege és induktív ellenállása antiszimmetrikus a kondenzátorral ( X_c=2 fL), most a szinusz jel amplitúdója a frekvencia csökkentésével csökken.

3.  A vasmagos tekercs és a kondenzátor együttes bekapcsolásával párhuzamos rezgőkört hozunk létre. Rezonancia esetén ennek impedanciája maximális, azaz ekkor terheli a generátort legkevésbé, a kimenő (szinusz)jel  nagysága ekkor a legnagyobb. Határozzuk meg a rezonancia frekvenciát! (1-2-kHz-es tartományban keressük.) Húzzuk ki a vasmagot a tekercsből! Ezzel csökkentettük induktivitását, így váltóáramú ellenállását is. Határozzuk meg most a megváltozott rezonancia frekvenciát!

4.  Térjünk vissza az 1. pontban leírtakra és a háromszög-, majd négyszög jeleknél először csak a kondenzátort, azután csak a vasmagos tekercset, majd mindkettőt kapcsoljuk a generátorra. Tanulmányozzuk a jelformáló (torzító) hatásukat! Most a vasmagot – annak részben kihúzásával  - mozgassuk, miközben a frekvenciát is változtassuk! Érdekes jelformákat figyelhetünk meg.  

1.  Rugóra függesztett nehezék függőleges (y) irányú harmonikus rezgőmozgásának vizsgálata. Nova 5000 multilab programmal, erőszenzor alkalmazásával - F(t) méréssel -   a(t) vizsgálata.

Kétféle rugó és kétféle nehezék alkalmazásával T meghatározása (10 periódus méréséből viszaszámolva).

2.   A rugót rövid gumi szállal összekapcsolva csillapodó harmonikus rezgést állítunk elő. A multilab programmal a szinuszos rezgés  amplitúdójának exponenciális lecsengése jól látható. A felére, ill. negyedére csökkenéshez tartozó idők a kurzor nyíl megfelelő mozgatásával leolvashatók.