تجارب مختبر الميكانيك لطلبة قسم الفيزياء / المرحلة الأولى للعام الدراسي 2010 - 2011

1- معامل الاحتكاك الشروعي  2- النابض الحلزوني   3- البندول البسيط   4- البندول الفيزيائي ( المركب)   5- تعيين معامل يونك لعارضة بطريقة تذبذبها  6- الحركة على سطح مائل  7 - إيجاد التعجيل الأرضي بطريق تدحرج كرة على سطح مقعر  8- آلة آتوود   9- قانون العتلات  10 - بندول اللي   11- دراسة ظاهرة الرنين   12- بندول التعليق الثنائي ( الجزء الأول )

سوف يتم عرض التجربة رقم ( 1 ) والذي يرغب بالحصول على بقية التجارب المراسلة عبر البريد الإلكتروني التالي :

falah hasson @ ymail . com

 تجربة رقم ( 1 ) معامل الاحتكاك الشروعي  

الغرض من التجربة : تعيين معامل الاحتكاك الشروعي على السطح الأفقي

النظرية : يقصد بالاحتكاك القوة التي تعرقل حركة سطح فوق سطح آخر وتلعب قوة الاحتكاك دورا ً مهما ً في حياتنا اليومية 0 فتبرز أهميتها عند التزحلق أثناء السير على الطرقات المكسوة بالجليد أو على الأرض الصقيلة أي ( الملساء ) فالسير يكاد مستحيلا ً عند انعدام الاحتكاك بين الأرض وقاعدة أحذيتنا 0 كما تتوقف حياة الفرد على قوة الاحتكاك في مكبح السيارة أو قطار السكة الحديدية 0 ولهذه القوة مضار في ظروف أخرى فمثلا ً في حالة ماكنة السيارة يجهز الزيت بصورة مستمرة عندما تكون في حالة حركة إلى جميع سطوح التحميل والكباسات 0 تعتمد قوة الاحتكاك بين سطحين  على مادة السطحين المتلامسين ووزن الجسم المتحرك وطبيعة السطحين ( شكلا ً وملمسا ً) ودرجة الحرارة والرطوبة والسرعة حيث يقل الاحتكاك عند زيادة سرعة الجسم المتحرك تكون قوة الاحتكاك على عدة أنواع 0

1- قوة الاحتكاك ( الشروعي )2- قوة الاحتكاك ( الانزلاقي )3- قوة الاحتكاك بسبب التدحرج4- قوة الاحتكاك بسبب الدوران 0 وسنتناول في هذه التجربة النوع الأول من أنواع قوى الاحتكاك أي الاحتكاك الشروعي على السطح الأفقي بين سطحين خشبيين 0

تعيين معامل الاحتكاك الشروعي على السطح الأفقي :

لزحلقة سطح جسم على سطح جسم آخر ثابت يتطلب ذلك قوة للتغلب على القوة الاحتكاكية الناشئة بينهما فالقوة اللازمة لبدأ الحركة تساوي القوة الاحتكاكية الشروعية فإذا سلطت قوة صغيرة وبصورة أفقية على جسم بحيث يلامس سطحا ً أفقيا ً كما في الشكل ( 1) فانه لايتحرك لنشوء قوة مساوية للقوة المسلطة بالمقدار ومعاكسة لها بالاتجاه وتعمل بين السطحين المتلامسين فإذا زيدت القوة المسلطة على الجسم بصورة تدريجية حتى تبلغ الحد الذي يشرع الجسم عندئذ بالحركة فان قوة الاحتكاك تبلغ حدها 0

وتسمى بقوة الاحتكاك الشروعي وعند هذه الحالة تتناسب قوة الاحتكاك الشروعي مع مقدار القوة العمودية التي تضغط بين السطحين المتلامسين مع بعضهما فالنسبة بين هاتين القوتين تسمى بمعامل الاحتكاك الشروعي بين السطحين المتلامسين

Ms=Fs / N

وكان يعتقد حتى القرن السابع عشر إن معامل الاحتكاك الشروعي هو مقدار ثابت ولكن تبين فيما بعد إن هذا غير صحيح وخاصة تحت الظروف التي يكون فيها التزحلق سريعا ً وضغط الاحتكاك عاليا ً 0

الأجهزة المستخدمة :

قطعة خشبية على شكل متوازي المستطيلات ذات كلاب صغير يربط به خيط ، أثقال ، خيط ، بكرة ، جهاز الاستواء ، كفة ميزان 0

طريقة العمل :

1- يمسح بورقة نظيفة كلا ً من الخشبتين ( ولا يجوز تنظيفهما باليد ) 0

2 – يستخدم جهاز الاستواء لجعل السطح الخشبي الطويل بوضع أفقي تماما ً 0

3 – تؤخذ كتلة القطعة الخشبية الصغيرة وكذلك كفة الميزان ويحسب وزنهما 0

4 – تربط القطعة الخشبية الصغيرة بخيط ويمرر على البكرة ويربط طرفه الآخر بكفة ميزان على أن يكون الخيط موازيا ً لسطح القطعة الخشبية الطويلة 0

5 – ابدأ بإضافة كميات من الرمال وبشكل تدريجي إلى أن تبدأ القطعة الخشبية الصغيرة بالحركة ثم توزن كمية الرمل هذه 0

6 – تؤخذ كتلة ( الكفة + كتلة الأثقال الموضوعة ) ويحسب الوزن 0

7 – تفرغ الكفة من الرمال وتعاد القطعة الخشبية الصغيرة إلى نفس موضعها الأصلي تماما ً وتكرر الخطوات ( 5 ، 6 ) مالا يقل عن ثلاث مرات ثم يحسب المعدل والذي يمثل قوة الاحتكاك الشروعي 0

8 – توضع كتلة أكبر ولتكن ( 100 ) غم على القطعة الخشبية الصغيرة وتكرر الخطوات ( 5 ، 6 ، 7 ) 0

9 – نكرر الخطوة ( 8 ) لكل من الكتل التالية ( 150 ، 200 ، 250 ، 300 ) غم ثم أكتب النتائج في الجدول كما مبين أدناه 0

 

N  القوة العمودية

Fsقوة الاحتكاك

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 – يرسم الرسم البياني بين قوة الاحتكاك كدالة للقوة الضاغطة والقوة العمودية لحساب قيمة معامل الاحتكاك الشروعي باستخدام الميل كما في الشكل ( 2) حيث إن الميل يساوي

أسئلة المناقشة :

احسب القوة التي يجب أن تؤثر في الجسم أفقيا بحيث يغدو الجسم على وشك الحركة 0يستقر على سطح أفقي خشن معامل الاحتكاك الشروعي بينه وبين الجسم س 1 : جسم وزنه

س 2 : ماذا تسمى القوة المعرقلة بين طبقات السائل وما هي قوة الاحتكاك ولماذا يستخدم الزيت في المكائن ولماذا يستخدم الماء 0

س 3 : عرف كل من قوة الاحتكاك الشروعي وقوة الاحتكاك الانزلاقي وأيهما أكبر معامل الاحتكاك الشروعي أم الانزلاقي ؟

س 4 : هل يمكن تقليل معامل الاحتكاك بين المواد الصلبة ؟ وكيف ؟

س 5 : قبل حركة القطعة الخشبية الصغيرة مامقدار معامل الاحتكاك وما مقدار قوة الاحتكاك وهل يتغير معامل الاحتكاك الشروعي عند استخدام السطوح المائلة وعلى ماذا يعتمد ؟

س 6 : لماذا يتعذر أحيانا ً سير الأشخاص على سطح جليدي أفقي ؟

س 7 : ماهي الأسباب الفيزيائية التي تؤدي إلى ظهور القوى الاحتكاكية بين الأجسام المتلامسة والتي تتحرك حركة نسبية بالنسبة لبعضها البعض ؟

س 8 : هل يعتمد معامل الاحتكاك على مساحة السطحين المتلامسين ؟

س 9 : هل يؤثر وزن الخشبة أو وزن الكفة على معامل الاحتكاك ؟

س 10 : ماهي العوامل المؤثرة على معامل الاحتكاك الشروعي ؟

س 11 : كيف يكون اتجاه قوة الاحتكاك ( هل هو باتجاه حركة الجسم أم باتجاه معاكس له ) ؟

س 12 : ناقش النتائج التي حصلت عليها ( ناقش الرسم البياني ) ؟

 

تجارب مختبر المواد لطلبة قسم الفيزياء / المرحلة الثانية للعام الدراسي 2010 - 2011

1- معامل الصلادة  2- استخدام مقياس اللزوجة اوستولد للمقارنة بين لزوجة سائلين  3- الشد السطحي للماء باستخدام طريقة الأنبوب الشعري  4- دراسة اختبار الشد في المعادن 5- استخدام قاعدة ارخميدس في تعيين الوزن النوعي  6- قنينة الرنين الزجاجية   7- سقوط جسم خلال وسط لزج  8- حساب معامل يونك بطريقة انحناء عارضة  9- نسبة بوازن 10- طريقة الزاوية الحرجة لإيجاد معامل انكسار سائل 0

سوف يتم عرض التجربة رقم ( 1 ) والذي يرغب بالحصول على بقية التجارب المراسلة عبر البريد الإلكتروني التالي :

falah hasson @ ymail . com

 

تجربة رقم ( 1 ) معامل الصلادة

الغرض من التجربة : تعيين معامل الصلادة لقضيب معدني 0

الأجهزة المستخدمة : ساق معدني مثبت من أحد طرفيه والطرف الآخر متصل ببكرة قابلة للدوران حول محور أفقي والساق المعدنية مزودة بمؤشر قابل للحركة على لوح مدرج ، مايكروميتر ، مسطرة مترية ، أوزان مختلفة 0

النظرية : يقوم العزم في هذه الحالة ( مقاوم القوة ) في تدوير أولي للقضيب والإجهاد الناتج عن هذا العزم يسمى إجهاد القص ( القطع ) كما وان مطاوعة القضيب تكون قصية أي قطعية ويدعى معامل المرونة هنا بمعامل القص أو معامل الصلادة ويمكن تعريفه بأنه النسبة بين التغير في إجهاد القص إلى التغير في مطاوعة القص المناظر له ، ونلاحظ إن معامل الصلادة له أهميته في المواد الصلبة أكثر مما في السوائل 0

يتناسب مقدار العزم وهو مايسمى بـ ( محاولة القوة لتدوير الجسم حول المحور العمودي على مستوى الجسم ) مع مقدار القوة والمسافة العمودية بين المحور وخط تأثير القوة أي ذراع العزم 0

 يعطى بالمعادلة التالية :     من الزاوية النصف قطرية Q خلال زاوية مقدارها  r  ونصف قطره Lلبرم سلك من مادة معينة طوله فالعزم

 

                                                             كما يلي : D  وقطر البكرة  M يمثل معامل الصلادة لمادة القضيب 0 إن هذا العزم يمكن التعبير عنه بدلالة الكتلة المعلقة   nحيث إن

 

ومن المعادلتين نجد انه :

 

 

 

 تصبح على هذا الأساس كالآتي :مقدار الزاوية بالقياس الستيني أي بالدرجات وعليه فان المعادلة رقم  حيث إن

 

 

طريقة العمل :

1- قس قطر القضيب من عدة مواضع له وخذ المعدل لها وكذلك قس قطر البكرة وطول القضيب 0

2- ضع ثقل مناسب معلوم بالغرام أو بالكيلو غرام في الكفة وسجل قراءات المؤشرين 0

3- استمر في زيادة الأثقال وسجل في كل حالة قراءة المؤشرين إلى أن تحصل على مالا يقل عن أربع قراءات ( ضمن حدود المرونة ) 0 لماذا ؟

4- أرفع الأثقال بنفس مقادير زيادتها وسجل قراءة المؤشرين 0

5- أدرج القراءات كلها في جدول كالآتي :

M

قراءة المؤشرين عند الزيادة في

M

قراءة المؤشرين عند النقصان في

M

معدل القراءتين

 

 

 

 

 

 

 

 في حالة الزيادة والنقصان للثقل وكما موضح في الجدول أعلاه 06- جد معدل قراءة المؤشر

 تصبح كالآتي :  وعليه فان المعادلة رقمفالمخطط البياني يكون خط مستقيم ميله يساوي   على المحور الصادي ،  على المحور السيني والقيم المناظرة للزاويةM 7- أرسم المخطط البياني بين قيم الثقل

 

 

للقضيب المعدني 0    (n)ومن هذه المعادلة جد قيمة معامل الصلادة

الدقة والأخطاء :

1- عند زيادة الأثقال في كل خطوة يجب أن يكون الفرق بين كل مقدار زيادة وآخر ثابت حتى تكون قراءة المؤشرين أكثر دقة ومنتظمة ، هذا وبالتالي سوف نحصل على نقاط دقيقة يمكنها أن تقع كلها على خط مستقيم 0

لجهاز المايكروميتر لذا يجب أخذ الدقة والحيطة في ذلك 0      ( A , B , C )2- قد ينتج خطأ في قيمة قطر البكرة وقطر القضيب كذلك وهذا الخطأ يرجع إلى قلة الدقة في أخذ القراءات الثلاثة

أسئلة المناقشة :

1- هل يمكن تحقيق قانون هوك من خلال النتائج في هذه التجربة ؟

2- أيهما أدق في إجراء التجربة لاستخراج النتائج أن يكون مؤشرين على القضيب أم مؤشر واحد ؟ ولماذا ؟

3- عدد أنواع الإجهاد مع ذكر نوع الإجهاد المؤثر على القضيب في هذه التجربة ؟

4- ما الفائدة العملية من هذه التجربة في الحياة اليومية ؟

 مع ذكر وحدته وهل تعتمد على نوع المادة أم على الطول أم على نصف القطر أم على ماذا ؟(n)5- عرف معامل الصلادة

عند استخدام قضيب من الحديد وذلك عند وضع كتلة معينة في حامل الأثقال فإذا استبدل القضيب فقط بآخر من البراص فكم تتوقع أن يكون 6- إذا كان معدل انحراف مؤشر الزوايا بالجهاز المستخدم في هذه التجربة معدل انحراف مؤشر الزوايا ، علما ً إن معامل الصلادة ( معامل المرونة القصية للحديد ) هو ضعف معامل الصلادة للبراص ؟

 ؟ فما قيمة معامل القص له إذا علمت إن مطاوعة القص للقضيب 7- إذا كان أعظم إجهاد قص يتحمله قضيب معدني هو