IB Physics – IA דוגמה: איסוף ועיבוד נתונים

לכל מי שמתקשה לכתוב את הפרקטיקות שלהם, מאמר זה מסייע להסביר את מרכיב איסוף ועיבוד הנתונים של כתיבת IB Practical Physical.

בעיקרון, המעשיות כללו חישובי מומנטום באמצעות מכונה שאפשרה התנגשויות עם חיכוך מינימלי. המטרה הייתה לאמת את חוק שמירת המומנטום.

להלן דוגמה למעשי כזה:

איסוף ועיבוד נתונים:

תצפיות איכותיות:

הבחינו כי מתכת הרמפה התחממה מעט לאחר כל הקלטה וכי אלא אם כן הותאמה הרמפה, הרחפן יזוז עקב שינוי הצורה של המתכת. על ידי כוונון הכפתור בתחתית הרמפה, ניתן להזיז את גובה הרמפה כך שהרמפה תהיה מקבילה בערך לקרקע, אך מכיוון שהמסלול כפוף, הרחפן עשוי להיות מושפע מהשפעות הכבידה על צדי הרמפה. זה היה מוסיף לחוסר הוודאות של הניסוי, מכיוון שהשפעות הכבידה ייכנסו לתוקף כעת.

יתר על כן, ה- VELA מתעד את התאוצה בהתבסס על קריאות אור אינפרא אדום בשתי זמנים נפרדות. הרחפן מורכב משתי פיסות מתכת החוסמות את האור האינפרא אדום והזמן בו הוא חסום משמש את המכונה לחישוב התאוצה. עם זאת, שתי פיסות המתכת מחזירות אור ואולי החזירו חלק מהאור הטבעי בחדר אל הקורא. יתכן והדבר הוסיף לאי הוודאות בניסוי.

כאשר הרמפה הוצבה כך שהיא אופקית והרחפן הונח במרכז, הרחפן התנודד קדימה ואחורה. האוויר העולה מהחורים ברמפה היה מתנשא לקצה הרחפן ודוחף אותו לאחור. ואז האוויר שמאחורי הרחפן היה מתנשא גם לקצה הרחפן ודוחף אותו קדימה.

לאחר התנגשותם של שני הרחפנים, הבחינו כי המהירויות הסופיות של הרחפנים (נפרדות לאחר ההתנגשות) דומות למהירויות הראשוניות שלהם (לפני ההתנגשות). זה מצביע על כך שערך המומנטום הסופי צריך להיות דומה לערך המומנטום הראשוני.

לאחר חיתוך המיתר בין הרחפנים, כוח הדחייה המגנטי בין המגנטים שהוצמדו להם גרם להם לנסוע לכיוונים נפרדים. הבחינו כי לרחפן הכבד היה מהירות איטית יותר מהרחפן הקל יותר. זה הכרחי כדי שהמומנטום שלהם יהיה שווה (והפוך מכיוון שכיווניהם מנוגדים), מכיוון ש- p = mv. אם m גדול יותר, v יצטרך להיות קטן יותר כדי ש- p יהיה שווה לשני הרחפנים.

נתונים גולמיים:

הערה: היחידות יומרו ליחידות ה- SI הנכונות בנתונים המעובדים.

היו שם 2 רחפנים, רחפן A ורחפן B. רחפן A היה בעל מסה של 261 גרם. לרחפן B היה מסה של 309 גרם. תן לחוסר הוודאות להיות חצי מהספרה האחרונה שכן המאזניים המשמשים יכולים למדוד רק מדויק ל -1 גרם.

רחפן A תמיד יהיה בצד שמאל בתחילה ורחפן B תמיד יהיה בצד ימין בהתחלה. תן לכיוון המהירות ימינה להיות חיובי.

חוסר הוודאות של המסה של כל רחפן הוא +/- 0.5 גרם שכן המאזניים יכולים למדוד במדויק באותה מידה. חוסר הוודאות של המהירויות הראשוניות והסופיות יהיה בתיאוריה +/- 0.05 ממס -1. זה יירשם בנתונים הגולמיים.

עם זאת, ישנם מדידות נוספות המעורבות במדידה זו. לא ייתכן שמדרון הרמפה יהיה אופקי לחלוטין, ולכן כוח המשיכה ייכנס לתוקף. יתר על כן, האוויר העולה מהחורים גם ישנה את המדידה מעט. האור המשתקף מלוחות המתכת עשוי גם להפריע לתוצאה. כמו כן, מקליט האור מחשב את המהירות על סמך אורך לוחות המתכת. אורך הלוחות האלה הוא 100 מ"מ +/- 0.5 מ"מ. לפיכך יש הרבה יותר וודאות מאשר +/- 0.05 ממס -1.

אי אפשר לכמת את אי הוודאות, אך המשמעות היא שלא ניתן עוד למדוד את הנתונים ל -4 ספרות משמעותיות. לפיכך אומדן גס של חוסר הוודאות יהיה 5 ממס -1. זו מחצית הספרה האחרונה במדידה ל -3 נתונים משמעותיים.

המספר הנכון של ספרות משמעותיות ישמש בנתונים המעובדים. לעת עתה, הוא יישאר כ -4 ספרות משמעותיות מכיוון שמדובר בנתונים הגולמיים.

ניסוי התנגשות

דָאוֹן

מסה +/- 0.05 (גרם)

u +/- 5 (mms-1)

v +/- 5 (mms-1)

א

261

+1493

-836.0

ב

309

-1186

+780.0

ניסוי דחייה מגנטית

דָאוֹן

מסה +/- 0.05 (גרם)

u +/- 5 (mms-1)

v +/- 5 (mms-1)

א

261

0.000

-280.0

ב

309

0.000

+230.0

נתונים מעובדים: הנתונים יומרו כעת ליחידות SI כמו גם אי הוודאות שלהם.

יש להמיר את המסה בנתונים הגולמיים לק"ג. כך חוסר הוודאות יהפוך ל- +/- 0.0005 ק"ג.

המהירות בנתונים הגולמיים תומר ל- ms-1. זה יהיה רק ​​ל -3 ספרות משמעותיות, כפי שהוסבר לעיל ואי הוודאות תהיה 0.005ms-1.

ניסוי התנגשות

דָאוֹן

מסה +/- 0.0005 (ק"ג)

עד +/- 0.005 (ms-1)

v +/- 0.005 (ms-1)

א

0.261

+1.49

-0.836

ב

0.309

-1.19

+0.780

ניסוי דחייה מגנטית

דָאוֹן

מסה +/- 0.0005 (ק"ג)

עד +/- 0.005 (ms-1)

v +/- 0.005 (ms-1)

א

0.261

0.000

-0.280

ב

0.309

0.000

+0.230

חישוב מומנטום:

תן למסת הרחפן A להיות mA ומהירותו הראשונית תהיה uA ומהירותה הסופית תהיה vA תן למסת הרחפן B להיות mB ומהירותו הראשונית תהיה uB ומהירותה הסופית תהיה vB

תנו למומנטום הראשוני של הרחפן A להיות piA ולמומנטום הסופי להיות pfA. תנו למומנטום הראשוני של הרחפן B להיות piB ולמומנטום הסופי להיות pfB.

ניסוי התנגשות:

piA= mAuA = 0.261x 1.49 = 0.389 Ns

ניתן לחשב את אי הוודאות על ידי הוספת אי הוודאות היחסית של המסה ואת המהירות ההתחלתית:

שגיאה יחסית של מסה = 0.0005 / 0.261 = 0.002 שגיאה יחסית של מהירות ראשונית = 0.005 / 1.49 = 0.003 סכום של שגיאות יחסיות = 0.005 או 0.5% שגיאה מוחלטת = 0.005 x 0.389 = 0.002

לכן piA = 0.39 +/- 0.002 Ns

באותה שיטה ניתן לחשב את שאר ערכי המומנטום, כמו גם את השגיאה המוחלטת שלהם:

pfA= mAvA = (0.261 +/- 0.0005) x (-0.836 +/- 0.005) = – 0.22 +/- 0.002 Ns

piB= mBuB = (0.309 +/- 0.0005) x (-1.19 +/- 0.005) = – 0.36 +/- 0.002 Ns

pfB= mBvB = (0.309 +/- 0.0005) x (0.780 +/- 0.005) = 0.24 +/- 0.002 Ns

ניסוי דחייה מגנטית:

מכיוון ש- uA ו- uB שניהם שווים ל- 0, המומנטום הראשוני של הרחפן A והרחפן B שניהם שווים ל- 0. הסיבה לכך היא ש- pi = mu ו- mx 0 = 0.

pfA= mAvA = (0.261 +/- 0.0005) x (-0.280 +/- 0.005) =– 0.07 +/- 0.001 Ns

pfB= mBvB = (0.309 +/- 0.0005) x (0.230 +/- 0.005) = 0.07+/- 0.002 Ns

כתיבת תגובה