Snorkraft i laveste punkt for pendel med kraftmåler
Lov på eksamen
- Kalkulator
- CAS
- Graftegner og regneark
- Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kan den løses uten PC?
Alle deloppgavene kan løses uten PC.
Fra 2027 er det bare kalkulator og skriftlige hjelpemidler på del 2. Vurderingen er gjort med KI og kan inneholde feil.
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Ei kule med masse er festet i ei snor med lengde . Snora er festet i en kraftmåler som igjen er festet i et stativ. Kula trekkes ut til siden og slippes. Kraftmåleren måler snordraget når kula er på det laveste punktet. Dette gjentas for flere ulike høyder over det laveste punktet i pendelbevegelsen.

Vis at formelen for snorkraften i det laveste punktet er hvis vi ser bort fra luftmotstand.
Nedenfor ser du resultatene av forsøket.
| 0,10 | 0,20 | 0,30 | 0,40 | 0,50 | 0,60 | 0,70 | 0,80 | 0,90 | 1,00 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10,8 | 11,8 | 12,8 | 13,7 | 14,6 | 15,4 | 16,2 | 17,1 | 18,0 | 18,7 |
Utforsk og vurder om formelen i a gjelder for alle verdier av i tabellen.
Fasit
(vist)
Formelen stemmer godt for (avvik under ). For er målt snorkraft lavere enn formelen gir, og avviket øker til (5 %) ved . Formelen gjelder ikke for de største høydene, trolig fordi luftmotstanden ikke lenger kan neglisjeres.
LøsningsforslagKI-generert
Når kula svinger, virker tyngdekraften og snorkraften på den. Snorkraften står hele tiden vinkelrett på farten og gjør ikke arbeid. Uten luftmotstand er derfor den mekaniske energien bevart. Kula slippes fra ro i høyden , og vi velger nullnivå i det laveste punktet:
I det laveste punktet beveger kula seg i en sirkelbane med radius . Snorkraften peker oppover mot sentrum, og tyngdekraften peker nedover. Summen av kreftene mot sentrum er sentripetalkraften:
Med og gir formelen , altså en rett linje med konstantledd og stigningstall . Vi regner ut modellverdiene og sammenligner med målingene:
| 0,10 | 0,20 | 0,30 | 0,40 | 0,50 | 0,60 | 0,70 | 0,80 | 0,90 | 1,00 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Målt | 10,8 | 11,8 | 12,8 | 13,7 | 14,6 | 15,4 | 16,2 | 17,1 | 18,0 | 18,7 |
| Modell | 10,79 | 11,77 | 12,75 | 13,73 | 14,72 | 15,70 | 16,68 | 17,66 | 18,64 | 19,62 |
| Avvik | 0,01 | 0,03 | 0,05 | −0,03 | −0,12 | −0,30 | −0,48 | −0,56 | −0,64 | −0,92 |

For – ligger målingene på linja. Avvikene er mindre enn , som er oppløsningen til målingene, så her stemmer formelen. Lineær regresjon på de fire første punktene gir , svært nær modellen.
Fra blir målt snorkraft systematisk lavere enn modellen, og avviket vokser med til (omtrent 5 %) ved . Økningen i per synker fra til –, mens modellen gir en konstant økning på . Dette er større enn det avrundingen i måleverdiene kan forklare, så formelen gjelder ikke for de største høydene.
Vi kan tolke avviket med energi. Fra målingene er i det laveste punktet. Ved gir det , mens energibevaring gir . Kula har altså mistet omtrent 9 % av den mekaniske energien på veien ned. Ved små høyder er tapet ikke målbart.
En rimelig forklaring er luftmotstanden, som formelen ser bort fra. Når øker, blir farten større og veien kula tilbakelegger lengre, så luftmotstanden gjør mer (negativt) arbeid, og kula får lavere fart i det laveste punktet. Andre mulige bidrag er at snora strekker seg litt, og at kula ikke er en punktmasse, slik at radien i sirkelbanen ikke er nøyaktig .
Konklusjon: formelen gjelder godt for , men ikke for de største verdiene av i tabellen.
Vedlegg
Vedleggene i oppgavesettet til Fysikk 2 V2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).
Åpne på egen side: Faktavedlegg · Formelvedlegg · Programmeringsvedlegg