Terugdrijvende kracht

Terugdrijvende kracht
Onderzoeksvragen
Een gewicht danst aan een stalen veer op en neer. Waarom is er steeds een terugdrijvende
kracht op het gewicht? Welk verband is ertussen de uitwijking en die terugdrijvende kracht?
Benodigdheden
- Stalen veer
- Gewichtensetje
- Statief
- Maatlat
- Stopwatch
Uitvoering
De stalen veer bevestigen we aan het statief.
1) We hangen achtereenvolgens massablokjes van 5 gram, 10 gram en 15 gram aan de
veer en meten de uitrekking (s) van de veer.
2) We hangen een gewicht aan de veer zodat die ongeveer 10 cm uitrekt (we kijken dus
in het lab voor welke massa de veer ongeveer 10 cm uitrekt). Til vanuit de
evenwichtsstand het gewicht 5 cm omhoog, laat het los en meet de trillingstijd. De
evenwichtsstand is het punt waar het blokje stil hangt, in evenwicht is. En door het
blokje 5 cm omhoog te tillen wordt de amplitude dus 5. We meten de trillingstijd over
10 trillingen, dat is nauwkeuriger dan bijvoorbeeld 1 trilling. We starten de stopwatch
als we het blokje loslaten en steeds als het blokje terug is in het loslaatpunt is er een
trilling voorbij.
Hypothese
Wij verwachten dat de verschillende massa’s die we aan de veer hangen wel invloed hebben
op de trillingstijd, maar de uitwijking niet. De trillingstijd van een massaveersysteem is alleen
afhankelijk van de massa en de veerconstante. De uitwijking heeft dan ook geen invloed op de
trillingstijd. Voor de trillingstijd zal het dus niet uitmaken of we de trilling in de
evenwichtsstand laten beginnen of dat we het blokje 5 cm omhoog tillen.
Verder is de veerconstante voor elke massa hetzelfde, want de veerconstante is een
eigenschap van de veer.
De grafiek waarin we Fr tegen u in een diagram uitzetten wordt een rechte lijn. Want er is een
recht evenredig verband tussen de resulterende kracht en de uitwijking.
Waarnemingen
1)
Massa
5 gram
10 gram
15 gram
Uitrekking van de veer in cm
2)
Massa bij ongeveer 10 cm
uitrekking
U = +5 cm
U = -5 cm
Verwerking
3) Bij verschillende krachten (massablokjes) krijgt de veer een andere uitrekking vanuit
de onbelaste toestand. Maak hiervan een diagram en bepaal de veerconstante Cv.
Algemene formule: Fv = Cv·s, dus Cv = Fv/s, dat wil zeggen de richtingscoëfficiënt
van je grafiek. De veerconstante kunnen we bepalen m.b.v. de veerkracht en de
uitrekking. Het blokje is in rust, dus de zwaartekracht en de veerkracht zijn aan elkaar
gelijk: Reken eerst de zwaartekracht uit en deel dat getal dan door de uitrekking van
de veer. Dan heb je de veerconstante.
De waarden van Fv en s aangeven, als het gewicht in de hoogste (u=+5cm) en in de
laagste positie (u=-5cm) is, is een kwestie van stippellijntjes van x-as verticaal naar
grafiek, en daarvandaan horizontaal naar de corresponderen waarde op de y-as.
4) Ik zie inderdaad twee krachten hier: zwaartekracht en veerkracht. De zwaartekracht
verandert niet, de veerkracht op elk punt van uitrekking tijdens de beweging kun je
aflezen uit de eerdere grafiek. Je weet overigens dat in de evenwichtsstand die
nettokracht 0 is.
5) Dat wordt dus een sinus.
6) Meet de trillingstijd, en vul ook de formule voor het massa-veersysteem in met de
eerder bepaalde veerconstante en massa. Als het goed is, is er een afwijking, omdat we
ongetwijfeld geen massaloze veer hebben gebruikt. Die zou je goeddeels moeten
kunnen wegrekenen door bij de massa in je formule 1/3 van de eigen massa van je
veer op te tellen.