Experimentální ověřování vybraných fyzik

Experimentální ověření vybraných fyzikálních modelůa aproximací : 

Experimentální ověření vybraných fyzikálních modelůa aproximací Michal Černý

Motto : 

Motto „Nevím, jaký systém víry je nejlepší pro pokrok ve vědě. Ale jedno vím zcela jistě: Je jedno, na co věříte, ale na konci se musíte sám sebe zeptat: Jakým experimentem můžu dokázat, že moje myšlenka je mylná. A teprve, když se tento experiment nepodaří, máte šanci, že vaše myšlenka je správná. A to je právě to nejtěžší. Protože nezřídka závisí vaše kariéra od správnosti vašich myšlenek.“[1] Robert Laughlin

Ověřované aproximace : 

Ověřované aproximace Balistické kyvadlo. Měření rychlosti kulky pomocí rotujících papírových kotoučů. Studium pohybu kapek. Určování koeficientu cx v Newtonově odporovém zákoně pro různá tělesa.

Balistické kyvadlo : 

Balistické kyvadlo Měření výchylky pomocí stopy na fotoluminiscenční fosforescenční fólii a současné měření rychlosti kulky pomocí fotografie. Měření výchylky pomocí digitální kamery.

Stopa laseru na fotoluminiscenční fólii : 

Stopa laseru na fotoluminiscenční fólii

Zavěšení kyvadla : 

Zavěšení kyvadla

Stopa kulky na fotografii(upravený negativ) : 

Stopa kulky na fotografii(upravený negativ)

Výsledky : 

Výsledky Pokud určíme délku závěsu z periody kmitů kyvadla je model matematického kyvadla velmi přesnou aproximací. V rámci chyby měření nerozlišitelnou od naměřených hodnot. Jako přesnější se ukázalo být měření výchylky pomocí kamery, které je ale méně názorné.

Měření rychlosti kulky pomocí rotujících papírových kotoučů : 

Měření rychlosti kulky pomocí rotujících papírových kotoučů Ukázalo se, že tato úloha neodpovídá běžné experimentální realitě. Pokud jsou kotouče příliš tenké, hrozí jejich vibrace, deformace zásahem a průstřel je příliš široký na to, aby bylo možné určit rychlost kulky s přiměřenou přesností. Příliš tlusté kotouče kladou velký odpor a kulku významně zpomalí. Rozumný kompromis zdá se neexistuje.

Řešení : 

Řešení Měření lze učinit se silnějšími kotouči a úlohu přeformulovat tak, že měříme rychlost kulky mezi rotujícími kotouči. Ze známé rychlosti před výstřelem (např. opět získané fotografií) by bylo možné spočítat „koeficient průraznosti“ pro různé rychlosti různých druhů munice u konkrétního materiálu. Jinak lze měření vnímat spíše jako orientační určení mezní rychlosti.

Studium pohybu kapek : 

Studium pohybu kapek Cílem tohoto měření bylo rozhodnout, zda se kapky vody pohybují ve vzduchu spíše podle Newtonova odporového vztahu, Stokesova odporového vztahu nebo nějak jinak. Užity byly dvě velikosti kapek. Kapka byla při pádu osvěcována pulsním laserem a poloha kapky tak v čase zachycena na fotografii.

Kapkostroj : 

Kapkostroj

Padající kapka(upravený negativ) : 

Padající kapka(upravený negativ)

Naměřená data a matematické modely : 

Naměřená data a matematické modely

Výsledky : 

Výsledky Pro obě velikosti kapek se ukázalo, že nejlépe pohyb teoreticky popisuje Newtonův odporový vztah. Dalším zjištěním bylo určení koeficientu odporu cx pro kapku: cx = (0,5±0,1). Podařilo se zřejmě zachytit hranici přechodu mezi Stokesovým a Newtonovým vztahem.

Určování koeficientu cx v Newtonově odporovém zákoně pro různá tělesa. : 

Určování koeficientu cx v Newtonově odporovém zákoně pro různá tělesa. Cílem bylo určit koeficienty cx, pro různá tělesa za využití Newtonova vztahu pro pohyb v odporovém prostředí. Měření bylo opět realizováno pomocí pulsního laseru a fotoaparátu, který zachycoval trajektorii padajícího předmětu.

Naměřené hodnoty : 

Naměřené hodnoty

Měření cx : 

Měření cx

Zpracování měření : 

Zpracování měření Převod pozice bodu na snímku v Px na polohu od zvoleného počátku v jednotkách délky pomocí kalibrační fotografie délkového měřidla. Získání jednotlivých snímků z digitálního videa. Určení optické chyby.

Další přínos práce : 

Další přínos práce Analýza programů sloužících na visualizaci a analýzu dat, které jsou zdarma dostupné: QtiPlot (v něm jsou utvořeny všechny grafy práce) LabPlot SciDAVis

Reference : 

Reference [1] <http://www.osel.cz/index.php?obsah=6&akce=showall&clanek=3192&id_c=94435>

Děkuji za pozornost : 

Děkuji za pozornost