راهنمای عملکرد آونگ بالستیک
(Impact Pendulum Experimental Provision )
مدل: J2136-1
| شماره | نام جزء | شماره | نام جزء |
| 1 | متعادل‌کننده | 9 | گلوله |
| 2 | نی فشاری | 10 | لولۀ تفنگ (پرتاپ کننده) |
| 3 | پیچ تنظیم‌کنندۀ طول نخ | 11 | پیچ انتهایی |
| 4 | عقربک | 12 | پیچ تراز |
| 5 | نخ آونگ | 13 | ماشه |
| 6 | صفحۀ مدرج | 14 | صفحۀ پایه (اصلی) |
| 7 | جسم آونگ (نوسانگر) | 15 | میله |
| 8 | سوراخ گلوله |
- کاربرد
این وسیله برای دانش‌آموزانی که آزمایش اندازه‌گیری سرعت گلوله را در درس فیزیک دبیرستان انجام می‌دهند، مفید است؛ به علاوه از این دستگاه می‌توان برای بررسی حرکت پرتابی افقی استفاده کرد.
- ساختمان و اطلاعات فنی
- تفنگ فنری: این دستگاه از یک لولۀ تفنگ، یک فنر، یک پیچ انتهایی و یک ماشه، تشکیل شده است که تمام آن‌ها روی صفحۀ اصلی سوار شده‌اند. تفنگ فنری می‌تواند گلوله را با سه سرعت متفاوت زیر پرتاب کند:
| V3=7.7±0.30 m/s | V2=6.6±0.25 m/s | V1=5.4±0.25 m/s |
- آونگ بالستیک (ضربه): از 4 نخ آونگ (که اندازۀ آن‌ها از نقطۀ آویختن تا اتصال به نوسانگر یکی است؛ برای مثال: 200±2 mm )، 4 پیچ تنظیم‌کنندۀ طول نخ، یک قاب و یک نوسانگر تشکیل شده است. جرم نوسانگر 80±2g است. در سوراخ نوسانگر مواد ضربه‌گیر قرار داده شده است به همین سبب برخورد گلولۀ به نوسانگر غیر الاستیک است. حرکت نوسانگر حرکتی افقی و در صفحه است.
- نشانگر: از یک صفحۀ مدرج و یک عقربک تشکیل شده است. کمترین درجه روی صفحۀ مدرج 0.5° و بیشترین درجه 35° است. عقربک بوسیلۀ یک گشتاور متعادل‌کننده کنترل می‌شود و بدین سبب می‌تواند در هر نقطه‌ای بایستد.
- گلوله: ازجنس فولاد است و وزن آن 7.5±0.1g است.
- اگر دستگاه به درستی تنظیم شود، درصد شلیک گلوله به داخل سوراخ نوسانگر بزرگتر مساوی 95% است.
- وزن کلی دستگاه در حدود 1.65 Kg است.
- اصول و قواعد
از آنجاییکه زاویۀ انحراف نوسانگر(a ) را می‌توان بوسیلۀ آزمایش بدست آورد، ما می‌توانیم سرعت شلیک گلوله به نوسانگر را بوسیلۀ قانون پایستاری تکانه و قاعدۀ پایستاری انرژی مکانیکی بدست آوریم. برای مثال می‌دانیم:
mv = (M+m)V & ½(M+m)V2 = (M+m)gh
ارتفاع نوسانگر پس از برخورد گلوله برابر است با:
h = L(1-cos(a))
و از آنجا سرعت گلوله (بدون احتساب اصطکاک هوا و اتلاف انرژی) به صورت زیر بدست می‌آید:
در فرمول بالا M جرم آونگ، m جرم گلوله، V سرعت پس از برخورد، v سرعت شلیک گلوله، L طول نخ و g شتاب گرانشی است.
- روش استفاده
A . بدست آوردن سرعت گلوله که توسط تفنگ فنری شلیک شده است بوسیله استفاده از قانون‌های پایستاری انرژی مکانیکی و پایستاری تکانه:
- بوسیلۀ پیچ تراز دستگاه را تراز کنید و صفحۀ پایه را در وضعیت افقی مناسبی قرار دهید.
- بوسیلۀ پیچ تنظیم‌کنندۀ طول نخ، نوسانگر را در موقعیتی قرار دهید که دقیقا مقابل شکل مستطیلی کشیده شده روی صفحۀ مدرج باشد. سطح بالایی جسم آونگ باید موازی خط افقی روی صفحۀ مدرج باشد. عقربک را به نوسانگر نزدیک کنید تا جاییکه عقربک زاویۀ 0° را نمایش دهد. با این روش تفنگ فنری را در موقعیتی روبروی سوراخ نوسانگر تنظیم می‌کنیم تا گلوله دقیقا به داخل سوراخ شلیک شود.
- پیچ انتهایی را بیرون بکشید و اجازه دهید که ماشه به ترتیب در سه مکان مختلف شیار داخلی لولۀ تفنگ گیر کند. فنر را در وضعیت فشرده قرار دهید و گلوله را در دهانۀ تفنگ بگذارید. بدین ترتیب با چکاندن ماشه، گلوله به سمت نوسانگر شلیک خواهد شد و گلوله و نوسانگر با هم حرکتی افقی را طی خواهند کرد، بلافاصله عقربک منحرف خواهد شد و در نتیجه سرعت گلوله بوسیلۀ زاویۀ انحراف عقربک بدست خواهد آمد. برای کاهش خطای نتایج بدست آمده از آزمایش، اولین نتایج شلیک از هر مکان شلیک متفاوتی نباید نوشته شود. بعد از انجام اولین آزمایش، عقربک باید به میزان 3°-5° از مکان انحراف اولیۀ خود عقب کشیده شود و اجازه دهید تا عقربک بوسیلۀ نوسانگر دوباره به عقب هل داده شود، آنگاه نتیجه را یادداشت کنید و آزمایش را ادامه دهید.
B . بدست آوردن سرعت گلوله هنگامی که گلوله به صورت حرکت پرتابی افقی شلیک می‌شود:
دستگاه را به صورت پایدار و متعادل روی میز آزمایش قرار دهید (توصیه شده است که ارتفاعی حدود 1.2 m از زمین تا دهنۀ تفنگ وجود داشته باشد). جسم آونگ را از روی دستگاه بردارید و عقربک را به صورت ساعتگرد بچرخانید تا در حالت افقی قرار گیرد. برگه‌ای روی زمین قرار دهید و سپس گلوله را شلیک کنید. از اینجا می‌توانیم فاصلۀ افقی دهانۀ تفنگ را تا جایی که گلوله به زمین و روی برگه اصابت کرده (s ) را بیابیم، ارتفاع دهانۀ تفنگ از زمین را هم می‌دانیم. پس سرعت توپ در هنگام شلیک بدست می‌آید.
آزمایشگر می‌تواند سرعت‌های (نتایج) بدست آمده از آزمایش مدل A یا B را با هم مقایسه و آنالیز کند. خطای نسبی که برای این دستگاه طراحی شده است کمتر از 12% است و اگر مقدار خطا از این مقدار تجاوز کرد، باد برای یافتن دلیل بررسی صورت پذیرد.
- توجه
- محدودۀ مؤثر تفنگ فنری 3 متر است.
- اگر چرخش عقربک نیاز به گشتاور خیلی بزرگ (غیر انعطاف‌پذیر) یا خیلی کوچک (سکون اتفاق می‌افتد) داشت، می‌توانیم با استفاده از نی فشاری U شکل که در کنار محور عقربک است، آن را تنظیم کنیم (معمولا قبل از کار به خوبی تنظیم شده است). هنگام چکاندن ماشه باید نیرو آنی و در زاویۀ عمود وارد شود.
- اگر قرار است که مدتی از گلوله استفاده نشود، باید آنرا قبل از انبار کردن روغن‌کاری کنیم.
