Demonstrációs fizika labor

5.24. Kísérletek az impulzusmomentum tételre

A kísérlet célja

Az impulzusmomentum (perdület) megmaradásának bemutatása.

a) Csuklós-karos forgó eszköz tehetetlenségi nyomatéka és impulzusmomentuma közötti összefüggés demonstrálása. ("Piruett eszköz") subler.png

Szükséges anyagok, eszközök

  • „Piruett eszköz”

Leírás és feladat

Az impulzusmomentum megmaradásának törvényét egyszerű csuklós karos forgó eszközzel („piruett eszköz”) meggyőzően érzékeltethetjük. Tartsuk az F fonalat függőlegesen, feszítsük lazán, úgy, hogy a két kar vízszintes legyen, majd gyenge mozdulattal lökjük meg az egyik kart! Az eszköz lassan forog. Húzzuk most felfelé a fonalat! A karok végén lévő nehezékek a forgástengelyhez közelebb kerülnek, a rendszer tehetetlenségi nyomatéka csökken, következésképpen szögsebessége nő. A nehezékeket lejjebb süllyesztve a szögsebesség csökken.

 
5.24a.png5.24b.png

b) Forgózsámolyos kísérletek subler.png felkialtojel.png

Szükséges anyagok, eszközök

  • forgózsámoly
  • 2 kg tömegű súlyok
  • ólmozott biciklikerék

Figyelem

A forgózsámolyos kísérletek balesetveszélyeseket lehetnek.

Leírás és feladatok

  • A kísérletező személy vegyen kézbe egy-egy 2 kg-os súlyt és üljön fel a forgózsámolyra. Tartsa a súlyokat szorosan a testéhez. Kérje meg a gyakorlatvezetőt, hogy hozza forgásba a zsámolyt, vagy gyengéden lökje el magát. Ha ezután a súlyokat tartó karjait kinyújtja, akkor forgása lelassul. A súlyokat behúzva forgásának szögsebessége nő.
  • A nyugalomban lévő forgózsámolyon ülő személy egyik kezében testéhez húzott 2 kg-os súlyt tart. Ha most karját előre nyújtja, majd vízszintes körív mentén oldalra lendíti, akkor a zsámollyal együtt a lendítés irányával ellentétesen elfordul. A súlyt behúzva, majd szorosan teste mellett eredeti helyzetébe hozva, az eljárás többszöri ismétlésével - csupán belső erők segítségével - akár körbe is foroghat.


5.24c.png

  • Tartson a forgózsámolyon ülő kísérletező függőleges tengelyű biciklikereket a kezében. Ha most a kereket megforgatja, akkor a zsámollyal együtt ellentétes irányú forgásba jön. A kerék forgását megállítva a zsámoly forgása is megszűnik. Vízszintesen tartott tengelyű kereket megforgatva a zsámoly nyugalomban marad. A ferdén tartott tengelyű forgó kerék impulzusmomentumának csak a függőleges komponense érvényesül.
  • Adjunk a zsámolyon ülő személy kezébe függőleges tengely körül forgó kereket! A zsámoly - ha előzőleg nyugalomban volt - nyugalomban marad. Ha most a kísérletező a kerék tengelyét 180°-ka1 átfordítja, akkor a kerék forgásával egyező irányú forgásba jön. A kereket innen 90°-ka1 visszafordítva a forgás lelassul. A kereket visszafordítva a forgás megáll.

Módszertani kiegészítések

  • A forgózsámolyos kísérletek során kritikus, hogy a zsámoly vízszintes legyen. Erről úgy győződhetünk meg, hogy ráülve nem jövünk forgásba (több különböző irányból is érdemes megpróbálni).
  • Az első része a kísérletnek forgózsámoly nélkül is elvégezhető: vegyünk a két kezünkbe 5 kg-os súlyokat. A karunkat kitárva kezdjünk forgásba (mint egy balerina). A karunkat behúzva látványosan felgyorsul a forgásunk, kinyitva újra lelassul. 
  • Érdemes a kísérlethez kapcsolódóan az alábbi szemléletes videókat bemutatni.

Csillagok között – dokkolás jelenet

Műkorcsolya forgások

 


5.24. Kísérletek az impulzusmomentum tételre

A kísérlet célja

Az impulzusmomentum (perdület) megmaradásának bemutatása.

a) Csuklós-karos forgó eszköz tehetetlenségi nyomatéka és impulzusmomentuma közötti összefüggés demonstrálása. ("Piruett eszköz") subler.png

Szükséges anyagok, eszközök

  • „Piruett eszköz”

Leírás és feladat

Az impulzusmomentum megmaradásának törvényét egyszerű csuklós karos forgó eszközzel („piruett eszköz”) meggyőzően érzékeltethetjük. Tartsuk az F fonalat függőlegesen, feszítsük lazán, úgy, hogy a két kar vízszintes legyen, majd gyenge mozdulattal lökjük meg az egyik kart! Az eszköz lassan forog. Húzzuk most felfelé a fonalat! A karok végén lévő nehezékek a forgástengelyhez közelebb kerülnek, a rendszer tehetetlenségi nyomatéka csökken, következésképpen szögsebessége nő. A nehezékeket lejjebb süllyesztve a szögsebesség csökken.

 
5.24a.png5.24b.png

b) Forgózsámolyos kísérletek subler.png felkialtojel.png

Szükséges anyagok, eszközök

  • forgózsámoly
  • 2 kg tömegű súlyok
  • ólmozott biciklikerék

Figyelem

A forgózsámolyos kísérletek balesetveszélyeseket lehetnek.

Leírás és feladatok

  • A kísérletező személy vegyen kézbe egy-egy 2 kg-os súlyt és üljön fel a forgózsámolyra. Tartsa a súlyokat szorosan a testéhez. Kérje meg a gyakorlatvezetőt, hogy hozza forgásba a zsámolyt, vagy gyengéden lökje el magát. Ha ezután a súlyokat tartó karjait kinyújtja, akkor forgása lelassul. A súlyokat behúzva forgásának szögsebessége nő.
  • A nyugalomban lévő forgózsámolyon ülő személy egyik kezében testéhez húzott 2 kg-os súlyt tart. Ha most karját előre nyújtja, majd vízszintes körív mentén oldalra lendíti, akkor a zsámollyal együtt a lendítés irányával ellentétesen elfordul. A súlyt behúzva, majd szorosan teste mellett eredeti helyzetébe hozva, az eljárás többszöri ismétlésével - csupán belső erők segítségével - akár körbe is foroghat.


5.24c.png

  • Tartson a forgózsámolyon ülő kísérletező függőleges tengelyű biciklikereket a kezében. Ha most a kereket megforgatja, akkor a zsámollyal együtt ellentétes irányú forgásba jön. A kerék forgását megállítva a zsámoly forgása is megszűnik. Vízszintesen tartott tengelyű kereket megforgatva a zsámoly nyugalomban marad. A ferdén tartott tengelyű forgó kerék impulzusmomentumának csak a függőleges komponense érvényesül.
  • Adjunk a zsámolyon ülő személy kezébe függőleges tengely körül forgó kereket! A zsámoly - ha előzőleg nyugalomban volt - nyugalomban marad. Ha most a kísérletező a kerék tengelyét 180°-ka1 átfordítja, akkor a kerék forgásával egyező irányú forgásba jön. A kereket innen 90°-ka1 visszafordítva a forgás lelassul. A kereket visszafordítva a forgás megáll.

Módszertani kiegészítések

  • A forgózsámolyos kísérletek során kritikus, hogy a zsámoly vízszintes legyen. Erről úgy győződhetünk meg, hogy ráülve nem jövünk forgásba (több különböző irányból is érdemes megpróbálni).
  • Az első része a kísérletnek forgózsámoly nélkül is elvégezhető: vegyünk a két kezünkbe 5 kg-os súlyokat. A karunkat kitárva kezdjünk forgásba (mint egy balerina). A karunkat behúzva látványosan felgyorsul a forgásunk, kinyitva újra lelassul. 
  • Érdemes a kísérlethez kapcsolódóan az alábbi szemléletes videókat bemutatni.

Csillagok között – dokkolás jelenet

Műkorcsolya forgások