Gelijkmatige cirkelbeweging & middelpuntzoekende kracht

1 · Voorspel

Een bal aan een stang draait met constante snelheid rond een vast middelpunt. Als je de baansnelheid van de bal vergroot en de straal gelijk houdt, wordt de tijd voor één volledige ronde (de periode) dan langer, korter of blijft die gelijk?

2 · Opstelling

  1. Open de voorinstelling Cirkelbeweging. Noteer de lengte van de stang (de baanstraal) en de massa van de bal, en controleer dat de zwaartekracht uit staat — alleen de stang levert de kracht die de baan kromt.
  2. Controleer of de snelheidssonde op de bal zit en plaats een timer op de bal zodat je één volledige omwenteling kunt timen.
  3. Stel voor elke meting hieronder de massa van de bal, de stanglengte (straal) en zijn begin-tangentiële snelheid in, druk op Start en tijd één volledige ronde.

3 · Verzamel gegevens

Massa m (kg)Straal r (m)Baansnelheid v (m/s)Middelpuntzoekende kracht F = mv²/r (N)Periode T (1 ronde) (s)
1.002.003.00
1.003.004.00
2.002.505.00

Zet voor je drie metingen de periode T (y-as) uit tegen r/v (x-as). Beschrijf de vorm van de lijn.

4 · Analyseer

  1. Laat voor één meting zien hoe je de periode berekent uit de door jou ingestelde straal en snelheid (T = 2πr/v) en vergelijk met de aflezing van de timer in de simulatie.
  2. Hoe verandert over je drie metingen een grotere snelheid bij vaste straal de periode? En hoe verandert een grotere straal bij vaste snelheid de periode? Leg beide uit met T = 2πr/v.

5 · Verdiep

  1. Deze voorinstelling zet de zwaartekracht uit, zodat de beweging echt gelijkmatig is. Als de zwaartekracht weer aan ging en de stang nog steeds een horizontale cirkel beschreef, zou de snelheid van de bal dan de hele ronde constant blijven? Waarom (niet)?
  2. Een echt cirkelend voorwerp (zoals een bal aan een touw die je met de hand rondzwaait) verliest elke ronde wat energie aan luchtweerstand en aan het draaipunt. Verwacht je dat zijn gemeten periode over veel rondes perfect constant blijft, of dat hij verschuift — en in welke richting?

De natuurkunde achter dit experiment

Middelpuntzoekende kracht

De naar binnen gerichte kracht die de stang moet leveren om de bal in een cirkel in plaats van een rechte lijn te laten bewegen. Ze hangt af van de massa van de bal, zijn (constante) baansnelheid en de straal van de cirkel — dit is de spanning die je bij de instellingen van elke meting in de stang zou voelen.

← Terug naar experiment

Mechanica

138 gratis printbare labwerkbladen voor natuurkunde