Natuurkunde practicum 1: Rekken, breken, buigen, barsten

Transcriptie

1 Natuurkunde practicum 1: Rekken, breken, buigen, barsten Gemaakt door: Julia Hoffmann & Manou van Winden Uitvoeringsdatum: Inleverdatum: Docent: LOD

2 Inhoud 1. Onderzoeksvraag Blz Werkplan Blz Resultaten Blz Conclusies Blz

3 Inleiding: 1. Onderzoeksvraag In paragraaf 7.5 van ons leerboek worden de termen relatieve rek en mechanische spanning besproken; twee principes die veel in het dagelijks leven terug te vinden zijn. Bij de paragraaf hoorde een practicum waarbij er vrijheid gegeven werd om zelf het practicum op te zetten. Om het practicum uit te voeren kon er gekozen worden om het rekken, breken, buigen of barsten van één of meerdere stoffen te onderzoeken. In dit practicum is ervoor gekozen om het rekken van twee verschillende merken zure matten te onderzoeken. Onderzoeksvraag: Is de rekbaarheid van verschillende merken zure matten gelijk? Hypothese: Dit onderzoek wordt gedaan om uit te zoeken of de rekbaarheid van de Katja zure matten en de LookOLook zure matten gelijk is of niet. Onze verwachting is dat naarmate het gewicht, dat aan de zure mat hangt, zwaarder wordt de zure matten steeds verder zullen uitrekken en uiteindelijk breken. Als er verschillen in de zure matten zitten, wordt er verwacht dat of de Katja of LookOLook zure mat eerder breekt dan de ander. Wanneer de zure matten dikker worden, door ze op te stapelen, wordt verwacht dat de zure matten minder snel zullen breken en minder zullen uitrekken dan op het moment wanneer een enkel zure mat wordt uitgerekt. Dit kan verklaard worden met het feit dat dan de totale oppervlakte die uitgerekt moet worden groter wordt en dat meerdere zure matten bij elkaar sterker zijn dan één zure mat.

4 2. Werkplan Gebruikte materialen: Twee klemmen LookOLook zure matten Katja zure matten Een mes Een schuifmaat Een geodriehoek Een standaard waaraan de bovenste klem vast kon worden gemaakt Een aantal gewichtjes van 50 gram Een weegschaal De opstelling:

5 Beschrijving van de proef: In het begin is geprobeerd de zure mat aan een haakje te hangen en vervolgens de gewichtjes ook met een haakje aan de onderkant van de zure mat te hangen. Helaas scheurde de zure matten bij deze methode steeds door de midden bij een hoog gewicht. Daarom zijn de haakjes vervangen door klemmen. Als eerste is er één LookOLook zure mat opgerold aan de boven en onderkant met ruimte ertussen. De opgerolde stukken zijn tussen de klemmen geklemd en vervolgens is de lengte van het stuk tussen de twee klemmen opgemeten. Daarna zijn er aan de onderste klem steeds gewichtjes van 50 gr gehangen en per gewichtje is de lengte van de zure mat opgemeten. Precies deze handelingen zijn ook uitgevoerd met de Katja zure matten. Verder zijn deze handelingen bij beide merken uitgevoerd met twee en drie zure matten op elkaar (zie de laatste foto). Bij alle metingen is ervoor gezorgd dat de lengte van de zure mat tussen de klemmen 3,0 cm was zodat de meetresultaten goed vergeleken kunnen worden. Als laatste is de onderste klem gewogen om dat ook mee te kunnen nemen in onze berekeningen.

6 Meetwaarden: 3. Resultaten LookOLook zure matten: De klem die aan de zure mat hing, was 111 gram. Dit wordt herhaaldelijk opgeteld bij het gewicht dat aan de zure mat gehangen werd. De beginlengte van de zure matten is 3,0 cm. De zure mat weegt 2,0 g. 1 enkele zure mat: 2 zure matten op elkaar: u (cm) 111 0, , , , , ,0 Na 361 g brak de zure mat. 3 zure matten op elkaar: u (cm) 111 0, , , , , , , , , , , ,50 Na 661 g brak de zure mat. Na 411 g brak de zure mat. Katja zure matten: De haak die aan de zure mat hing, was 111 gram. Dit tellen we elke keer op bij het gewicht dat aan de zure mat werd gehangen. De beginlengte van de zure matten is 3,0 cm. De zure mat weegt 2,0 g. 1 enkele zure mat: u (cm) 111 0, , ,60 Na 361 g brak de zure mat. u (cm) 111 0, , , , , , ,2

7 2 zure matten op elkaar: 3 zure matten op elkaar: u (cm) 111 0, , , , , ,80 Na 361 g brak de zure mat. u (cm) 111 0, , , , , , , , ,70 Na 511 g brak de zure mat. Resultaten: Kracht: Oppervlakte: F = m g A = l b Voorbeeld: Voorbeeld: F = (2, ) 9,81 = 1597,4 N A = 2,4 0,2 = 0,48 m 2 1, N F (N) 2, ,0 + 50,0 1, , , ,0 2, , , ,0 2, , , ,0 3, , , ,0 3, , , ,0 4, , , ,0 4, , , ,0 5, , , ,0 5, , , ,0 6, , , ,0 6, Relatieve rek: ε = l / l o LookOLook enkele zure mat. Voorbeeld: ε = (3,1 3,0) / 3,0 = 1 / 30 l (m) ε 111 3,0 3,0 0, ,1 3,0 0, ,4 3,0 0, ,6 3,0 0, ,8 3,0 0, ,0 3,0 0,33 Aantal zure matten A (m 2 ) 1 0,48 2 0,96 3 1,4 LookOLook 2 zure matten: l (m) ε 111 3,0 3,0 0, ,1 3,0 0, ,35 3,0 0, ,6 3,0 0, ,7 3,0 0, ,0 3,0 0, ,2 3,0 0,40

8 LookOLook 3 zure matten: l (m) ε 111 3,0 3,0 0, ,0 3,0 0, ,1 3,0 0, ,1 3,0 0, ,2 3,0 0, ,2 3,0 0, ,3 3,0 0, ,3 3,0 0, ,3 3,0 0, ,4 3,0 0, ,4 3,0 0, ,5 3,0 0,17 Katja enkele zure mat: l (m) ε 111 3,0 3,0 0, ,4 3,0 0, ,6 3,0 0,20 Katja 2 zure matten: l ε 111 3,0 3,0 0, ,2 3,0 0, ,3 3,0 0, ,4 3,0 0, ,5 3,0 0, ,8 3,0 0,27 Katja 3 zure matten: l (m) ε 111 3,0 3,0 0, ,0 3,0 0, ,1 3,0 0, ,2 3,0 0, ,2 3,0 0, ,3 3,0 0, ,4 3,0 0, ,6 3,0 0, ,7 3,0 0,27

9 1000 (Mechanische) spanning: De σ van 1 zure mat: De σ van 2 zure matten: De σ van 3 zure matten: A = 0,48 A = 0,96 A = 1,4 σ = F / A Voorbeeld: σ = 1, /0,48 = 3327,92 N/m 2 F (N) σ (N/m 2 ) 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , N/m 2 F (N) σ (N/m 2 ) 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , F (N) σ (N/m 2 ) 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , (F, u)-diagram 1: (F, u)-diagram 2: (F, u)-diagram 3:

10 Spanning-rekdiagram 1: Spanning-rekdiagram 2: Spanning-rekdiagram 3:

11 Onderzoeksvraag: 4. Conclusies Is de rekbaarheid van verschillende merken zure matten gelijk? Antwoord op de onderzoeksvraag: Het antwoord op de onderzoeksvraag Is de rekbaarheid van verschillende merken zure matten gelijk? is: Nee, de rekbaarheid van verschillende merken zure matten is niet gelijk. Wanneer er naar de resultaten gekeken wordt, valt op dat de Katja zure matten minder rekbaar zijn dan de LookOLook zure matten. Neem bijvoorbeeld de resultaten van beide merken bij één zure mat. Beide zure matten braken na een gewicht van 361 gram, maar uit de berekeningen blijkt dat de Katja zure mat veel minder rek heeft dan de LookOLook zure mat. Ook bij twee zure matten en drie zure matten op elkaar was de relatieve rek van de Katja zure matten lager dan de relatieve rek van de LookOLook zure matten bij hetzelfde gewicht. Als laatste viel op dat de Katja zure matten in het algemeen bij een lager gewicht braken dan de LookOLook zure matten. Ook is in de (F, u)-diagrammen goed te zien, dat de LookOLook zure matten een grotere uitwijking heeft dan de Katja zure matten. Resultaten vergeleken met de hypothese: Uit het onderzoek kan geconcludeerd worden dat onze hypothese overeenkomt met de resultaten. Zoals verwacht rekten beide soorten zure matten verder uit naarmate het gewicht, dat eraan hing, toenam. Dit kan verklaard worden met de formule u = F c F en u zijn recht evenredig, dit betekent dat u groter wordt wanneer F groter wordt. In de grafieken is goed terug te zien dat de zure matten recht evenredig zijn. u is in dit geval gelijk aan Δl in de formule voor. Ook rekten meerdere zure matten op elkaar minder ver uit en braken ze l minder snel, wat al in de hypothese voorspeld was. relatieve rek: ε = Δl In de hypothese wordt ook het volgende gezegd: Als er verschillen in de zure matten zitten, wordt er verwacht dat of de Katja of LookOLook zure mat eerder breekt dan de ander. Uit het onderzoek blijkt dat de Katja zure matten sneller breken dan de LookOLook en er werd verwacht dat er dus een verschil zou zijn tussen de twee merken. Alleen wanneer er naar de ingrediënten van de verschillende merken zure matten gekeken wordt, blijkt dat beide merken precies dezelfde ingrediënten bevatten. Analyse en vervolgonderzoek: Het onderzoek is naar onze mening goed en soepel verlopen. In het begin van het experiment was het even moeilijk om de juiste manier te vinden om de gewichten aan de zure matten te hangen, maar na een beetje experimenteren was een goede methode snel gevonden. De schuifmaat was moeilijk om te gebruiken bij deze opstelling dus werd er een geodriehoek gebruikt. Een geodriehoek is natuurlijk niet heel precies waardoor de kans dat onze meetresultaten onnauwkeurig zijn groter is. Dat ze proef niet heel erg nauwkeurig was, is goed terug te zien in de resultaten. Dit is te zien in de grafieken. Het (F, u)-diagram 1 en 2 zijn erg nauwkeurig en mooi, maar bij het (F, u)-diagram is goed te zien dat de nauwkeurigheid minder is. Ook in de spanning-rekdiagrammen is te zien dat de proef niet helemaal goed gegaan is. Bij onze grafieken is namelijk de σ-vloei en de σ-trek niet terug te vinden. Dit kan komen doordat de zure

12 mat terwijl hij aan het breken was (en dus plastisch is) niet is kunnen opmeten, omdat dit proces heel snel verloopt. Een verbetering voor de volgende keer is een nauwkeuriger meetinstrument gebruiken. Een andere verbetering zou zijn dat de zure mat gefilmd wordt met een meetlat ernaast en voor de resultaten teruggekeken wordt zodat alle gegevens nauwkeurig genoteerd kunnen worden. Als laatste zou een verbetering zijn, dat er andere klemmetjes gebruikt worden waardoor de zure mat beter vast zit en ook beter gemeten kan worden. Hierdoor zullen de grafieken waarschijnlijk beter zijn en de proef een stuk nauwkeuriger worden. Een passend vervolgonderzoek zou zijn om een zure mat die gelatine bevat te vergelijken met een zure mat zonder gelatine. Veel snoep bevat gelatine, wat ervoor zorgt dat het snoep rekbaarder/soepeler is. Beide soorten zure matten die in dit onderzoek zijn gebruikt bevatten geen gelatine. Het zou dus interessant kunnen zijn om de invloed van gelatine op een zure mat te onderzoeken. Een ander passend vervolgonderzoek zou zijn om met verschillende lengtes de rekbaarheid te meten. Hierbij ga je kijken of de lengte invloed heeft op de rekbaarheid. Dit kan met 1 merk zure mat. Het onderzoek ligt dicht naast dit experiment, maar toch zou je nieuwe dingen ontdekken.