Vi skal i dette forsøg undersøge om den mekaniske energi er bevaret. Vi skal derfor måle både den potentielle og den kinetiske energi.

Vi udfører forsøget ved at ophænge et lod i en tråd og svinge det som et pendul. Vi kan derved i yderpositionerne bestemme loddets potentielle energi og i den nederste position bestemme den kinetiske energi, ved at måle loddets hastighed.

Apparatur

• Stativ
• Lod
• Tråd
• Fotocelle (PASCO)
• USB adapter (PASCO)
• Computer med Capstone
• Målebånd eller lineal
• Skydelærer

Fremgangsmåde

Hæng loddet på i stativet. Det er her smart at lave et dobbelt ophæng da man derved mindsker at loddet svinger skævt og derved rammer fotocellen.

Opsæt fotocellen således at loddet vil passere igennem og afbryde strålen i fotocellen. Det skal gerne være opsat således at lysstrålen i fotocellen rammer loddets midtpunkt. Marker derfor loddets midtpunkt med en tus.

Slut fotocellen til computeren og opsæt Capstone til at registrerer loddets hastighed.

Mål loddets midtpunkts højde over bordet $\small h_1$ og noter dette ned

Træk loddet ud, mål højden som loddets midtpunkt er over bordet $\small h_2$, noter dette ned, sæt Capstone til at opsamle data og slip loddet. Noter hastigheden som Capstone måler.

Målingen gentages et par gange med samme højde. Skift således at det er forskellige der bestemmer højden således at alle får gjort det.

Mål derefter hastigheden på loddet når det slippes fra en anden højde. Husk at gentage et par gange.

Teori

Vi kan ud fra højderne bestemme loddet tab i potentiel energi ved

$\Delta E_{pot} = m\cdot g\cdot \Delta h$,

hvor $\small \Delta h = h_2 – h_1$.

Vi kan ligeledes ud fra den målte hastighed beregne den kinetiske energi loddet har i bunden af svinget ved hjælp af

$E_{kin}=\frac{1}{2}\cdot m\cdot v^2$

Pr. definition er den mekaniske energi summen af den potentielle og den kinetiske energi

$\Delta E_{mek}=\Delta E_{kin}+\Delta E_{pot}$

Da loddets bevægelsesretning hele tiden er vinkelret på den tråd som loddet hænger i, så lidt kraften som tråden trækker i loddet med ikke udfører et arbejde. Vi ser også bort fra luftmodstand og derfor er den eneste kraft, som påvirker loddet, tyngdekraften.

Vi vil her vise at den mekaniske energi er bevaret, i overensstemmelse med at tyngdekraften er en konservativ kraft.

Databehandling

Stil de enklte målinger op i et skema. Her kan et regneark med fordel benyttes.

I hver målesituation beregnes gennemsnittet for hver af højderne $\small h_1$ og $\small h_2$ og for den tilhørende hastighed.

Beregn den potentielle energi i startpositionen og den kinetiske energi når loddet passerer fotocellen.

Beregn ændringen i den mekaniske energi når loddet svinger ned.

Diskusion

Hvilket resultat skulle man forvente ud fra teorien?

Svarer de resultater til det forventede?

Det kan være en ide at prøve at få e fornemmelse af hvor nøjagtige målingerne er. Da der foreligger gentagene målinger for den samme målesituation, bestemme da en ”typisk” procentvis afvigelse fra gennemsnittet. Dette kan bruges som et mål for den eksperimeltielle usikkerhed.

Hvis resultaterne kun var påvirket af tilfældige usikkerheder, ville de målte ændringer i den mekatiske energi også fordele sig tilfældigt – specielt skulle der både være positive og negative afvigelser. Er der dette?