LabPM Fysik A - IFM

Linköpings Tekniska Högskola 2012-‐11-‐21 

Institutionen för Fysik och Mätteknik Lab-‐PM Fysik 1 

Henrik Jacobson 

TEKNISKT BASÅR, FYSIK, DEL 1, HÖSTEN -‐12 

LABORATION 1: ACCELERERANDE RÖRELSE OCH FRIKTION 

Målsättningen med laborationen är att förstå några samband i fysik. Vad är krafter och rörelse? Vad 

händer med hastigheten vid konstant acceleration? Hur fungerar friktion? Vi kommer att studera 

detta i denna lab. 

1. ACCELERERAD RÖRELSE UTMED LUTANDE PLAN 

Du har tillgång till en luftkuddebana, som åstadkommer att friktionen i stort sett blir noll. En vagn 

som släpps får en acceleration som beror på lutningen, se figur nedan. 

t 1 

t 2 

På banan sitter två givare som innehåller fotoceller. På vagnen sitter en plåtbit (den mörka delen i 

figuren) som kommer att bryta ljuset från fotocellerna när vagnen passerar förbi. 

Från en mätare som är kopplad till givarna fås tiden det tar att: 

t 3 

• färdas sträckan Δs vid den övre fotocellen, ∆




UTFÖRANDE: 

UPPGIFT 1A. MÄT TIDERNA Δt1, Δt3 OCH t2 FÖR OLIKA STRÄCKOR. 

• Givare 1 ska vara placerad i samma position hela tiden. 

• Variera positionen på givare 2 (minst fyra gånger). 

• Vagnen ska alltid startas från samma position. 

UTFÖRANDE: 

UPPGIFT 1B. BERÄKNA VAGNENS ACCELERATION (a) OCH PLANETS VINKEL (α). 

• Genomför beräkningen av accelerationen med hjälp av rörelseformeln:




REDOVISNING – 1A OCH B 

1. Rita ut alla krafter som verkar på vagnen när den färdas nedför banan (friktionskraft och 

luftmotstånd kan försummas) 

2. Rita i diagram 1 sluthastigheten (vs) som funktion av den tid (t2) som det tar för vagnen att 

färdas mellan fotocellerna. Jämför detta diagram med ett teoretiskt v-‐t-‐diagram. 

3. Vilket värde får hastigheten i kurvan vs(t2) då t2 går mot noll i diagrammet? 

4. Rita i diagram 2 upp sträckan s som funktion av tiden (t2). Hur borde ett s-‐t-‐diagram för 

denna rörelse se ut? 

5. Bestäm accelerationen ur diagram 1. 

6. Reflektera över om accelerationen bör vara större eller mindre än tyngdaccelerationen g. 

7. Är storleksordningen för vinkeln α rimlig? Kontrollera genom att mäta på lutande planet. 

Använd denna uppmätta vinkel för att sätta in i samband (1.2) och se vad du får för 

acceleration. Är denna acceleration större eller mindre än den från tidsmätningarna? Vad 

beror skillnaden på? 

8. Jämför den beräknade accelerationen i punkt 5 med den uppmätta accelerationen. 

Basår, Fysik 1, Lab-‐PM 

HJ, 12-‐11-‐21 3(13)




2. FRIKTION 

När man skjuter en låda framför sig över golvet känns det trögt. Mellan lådan och golvet finns en 

bromsande kraft som kallas friktionskraft. Ju större friktionskraften är desto trögare går det. Även om 

både lådans och golvets ytor ser jämna ut finns det alltid ojämnheter. Ju tyngre föremålet du skjuter 

framåt är, desto hårdare griper ojämnheterna in i varandra. Vilket material föremålet är av har också 

inverkan på friktionen. Friktionskraften mellan två stålytor är mindre än mellan två gummiytor för att 

ta ett exempel. 

Det finns två olika typer av friktion, rullfriktion och glidfriktion. Lådan som skjuts över golvet är ett 

exempel på glidfriktion. Om man istället lägger trästockar under som lådan kan rulla fram på talar vi 

om rullfriktion. Det går lättare att förflytta föremål när det är rullfriktion, den friktionen är mindre än 

glidfriktionen. 

UPPGIFT 2A. BESTÄM FRIKTIONSKOEFFICIENTEN (µ) PÅ TVÅ OLIKA SÄTT 

Om en kropp ligger på ett lutande plan och lutningsvinkeln ökas kommer kroppen så småningom att 

börja glida. När den börjar glida beror dels på lutningens storlek och dels på ytornas beskaffenhet. 

Lutningen bestämmer hur mycket kroppen pressas mot underlaget dvs. normalkraften. 

I skissen ovan blir normalkraften FN = Fy= mg·cosα och kraften längs planet, dvs den kraft som vill 

föra kroppen nedför, Fx = mg·sinα. 

Friktionskraftens storlek blir




UTFÖRANDE: 

• Väg klossarna med hjälp av en dynamometer (tänk på att det inte är klossarnas massor utan 

tyngder som dynamometern visar). 

• Lägg klossen med sandpappersidan nedåt på planet och luta det alltmer till klossen börjar kana 

ner. Obs! Se till att klossen får konstant hastighet och inte accelererar. Jämför friktionen på 

sandpappersidan och träsidan. 

• Använd sambandet (2.2) ovan för att bestämma friktionskoefficienten mellan träklossen och 

underlaget, med och utan sandpapper. Dra gärna nytta av sambandet 

!"# ! 

!"# ! 

= tan




REDOVISNING – 2A OCH B 

1. Hur stor är friktionskoefficienten med och utan sandpapper på klossen? Vad beror skillnaden på? 

2. Ger alla tre mätningar (lutande underlag, plant underlag samt plant underlag med extra tyngd) 

samma friktionskoefficient? Vad beror friktionskoefficienten på? 

3. Hur varierar friktionskraften i de tre mätningarna (lutande underlag, plant underlag samt plant 

underlag med extra tyngd)? Rita en figur för varje fall där pilar för normalkraft och friktionskraft 

finns med. Hur förhåller sig storleken på dessa krafter till varandra i de olika mätningarna? 

4. Vilken enhet bör friktionskoefficienten ha? 

5. Fundera ut några exempel på material som skulle ge lägre respektive högre friktionskoefficient. 

6. Vad spelar hjulen på vagnen för roll? Var verkar friktionen och åt vilket håll? 

7. Fundera på för-‐ och nackdelar med friktion. Hur skulle det vara om det inte funnits friktion? Var 

finns friktion? 


HJ, 12-‐11-‐21 6(13)





LABORATION 2: ELEKTRISK MÄTNING OCH KRETSAR 

1. MÄTNING AV SPÄNNING, STRÖM OCH RESISTANS 

Du skall här använda ett universalinstrument, som kan mäta både spänning, ström och resistans. 

Spänning mäts över en komponent (dvs. mätinstrumentet parallellkopplas) medan ström mäts 

genom en komponent (dvs. mätinstrumentet seriekopplas). 

a) Spänningsmätning 

• Mät spänningen över ett ficklampsbatteri. Stämmer din uppmätta spänning med 

batteriets märkning? 

• Mät spänningen över två seriekopplade ficklampsbatterier. Stämmer det? 

b) Du skall nu koppla in en glödlampa till det ställbara spänningsaggregatet. Mät först med 

universalinstrumentet över aggregatets utgång så att du får 6.0 V utspänning. Koppla sedan 

in amperemeter och glödlampa i serie. 

• Hur stor elektrisk ström går genom lampan? 

• Hur stor spänning är det över lampan? 

• Vilken effekt utvecklar lampan? 

c) Du skall nu mäta resistans. 

• Mät upp resistansen för en urkopplad glödlampa. 

• Vad är resistansen vid kortslutning av mätsladdarna? 

• Kan du mäta resistansen för din egen kropp? 

• Gör en resistansmätning för ett skjutmotstånd. Mellan vilka värden kan resistansen 

varieras? Stämmer det med vad som anges? 

2. SERIE-‐ OCH PARALLELLKOPPLING AV GLÖDLAMPOR OCH MOTSTÅND 

a) Se till att vrida ned utspänningen på spänningsaggregatet till noll. Koppla sedan in en 

seriekoppling av två glödlampor till aggregatet. Koppla också in en amperemeter i kretsen. 

• Rita ett kopplingsschema av denna uppställning. 

Vrid sakta upp spänningen tills lamporna lyser med normal styrka. 

• Vad händer om en glödlampa skulle gå sönder eller kopplas ur? 

Mät strömmen i kretsen (den bör ligga runt 0.5 A). Mät upp spänningarna över vardera 

glödlampan, samt totalt över seriekopplingen. 

• Ser du några regler för spänning och ström vid seriekoppling? 


HJ, 12-‐11-‐21 7(13)




b) Koppla in en glödlampa till 6.0 V utspänning. Koppla också in en amperemeter i kretsen. 

Koppla in en till glödlampa parallellt med den enligt kopplingsschemat nedan. 

• Vad händer? Ser du några regler för spänning och ström vid parallellkoppling? 

c) Koppla två motstånd på 100 Ω parallellt och sedan ett motstånd på 100 Ω i serie med dessa. 

• Mät upp och beräkna den resulterande resistansen för denna koppling. 

3. STRÖM-‐ OCH SPÄNNINGSMÄTNING, I-‐U-‐DIAGRAM 

På labbplatsen finns en plexiglasplatta med uttag för inkoppling av olika motstånd och även en 

glödlampa. 

a) Du skall först syssla med 10 Ω -‐motståndet. Koppla in instrument för mätning av spänningen 

över och strömmen genom motståndet. Motståndet tål en effektutveckling på högst 2 W – 

vid högre effektutveckling går det sönder. 

• Beräkna vilken spänning du kan lägga över motståndet utan att skada det. 

Koppla in det ställbara likspänningsaggregatet. Variera spänningen och mät upp strömmen. 

• Plotta strömmen som funktion av spänningen i ett diagram (fem mätpunkter), dvs. I på 

y-‐axeln och U på x-‐axeln. 

• Hur bestämmer du resistansen ur diagrammet? Jämför med direkt mätning med 

universalinstrument. 

b) Koppla nu på liknande sätt in glödlampan. Mät strömmen för följande spänningar: 0, 0.1, 0.2, 

0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0 V. 

• Plotta dina mätvärden i I-‐U-‐diagram som ovan. 

• Vilken resistans har lampan vid låga spänningar? 

• Vad blir resistansen vid den högsta spänningen? Kommentar? 

a) Du får tillgång till lite motståndstråd. 

4. RESISTIVITET 

• Bestäm resistiviteten för materialet med hjälp av lämpliga instrument. Använd mer än 

en mätpunkt. 

b) Spänn fast tråden och häng en vikt i änden (se till så att tråden hänger fritt). Koppla sedan in 

ca 30 cm av tråden till spänningskällan. Försök att få en ström på mer än 2 A att gå genom 

tråden. 

A 


HJ, 12-‐11-‐21 8(13)




• Kan du få den tillräckligt varm för att skära frigolit? 

• Hur kan man få den att glöda? 

• Känner du till några tillämpningar i hushållet eller bostaden som bygger på elektrisk 

värmning av motståndstråd? 

5. SPÄNNINGSDELAREN 

a) Koppla in utspänningen 7.0 V till ändarna på ställningen med tråden. Mät spänningen mellan 

en punkt mitt på tråden och spänningskällans minuspol. Mät flera punkter uppåt och neråt. 

• Rita upp ett kopplingsschema (tråden kan ses som ett variabelt motstånd). 

• Kan du ge någon regel för hur spänningen varierar med läget för kontaktpunkten på 

tråden? 

b) Koppla in en glödlampa mellan två punkter på tråden. 

• Rita kopplingsschema även för denna uppställning. 

• Vad krävs för att du skall få glödlampan att lysa? 

6 SÄKRING (I MÅN AV TID) 

Du får här undersöka en enkel säkring. Du får använda en låda med säkringshållare och tre 

parallellkopplade lamphållare. 

a) Ta fram kopplingslåda och en säkring 

• Vilken maximal ström är din säkring avsedd att släppa igenom? 

• Kan du bestämma säkringens resistans med direkt resistansmätning? 

b) Koppla in säkringen och en glödlampa i lådan i serie med en amperemeter till spänningen 

6.0 V. 

• Avläs strömmen i kretsen. 

c) Skruva in först en andra och sedan en tredje glödlampa. 

• Vad händer? 

• Motsvarande koppling finns i våra bostäder, men där ser säkringarna annorlunda ut. 

Vad är egentligen risken med att ha för mycket ström i ledningarna? 


HJ, 12-‐11-‐21 9(13)





LABORATION 3: VÄRME OCH DENSITET 

Först några inledande rader om värmelära. Vanliga energiformer är mekanisk energi, elektrisk energi 

och värme. Värme är en energimängd som utbyts då två olika system, t ex två vätskemängder, 

kommer i kontakt med varandra. Mekanisk energi kan mycket lätt omvandlas till värme men det är 

svårare att göra om värme till mekanisk energi. 

Värme tillförs t.ex. en kokplatta på spisen då man via strömbrytaren kopplar in spisen till 230 V-‐ 

anslutningen i huset. Denna värme höjer temperaturen hos en eventuell kastrull med vatten. Varje 

ämne karakteriseras av en specifik värmekapacitet och med det menas den energimängd som åtgår 

att höja temperaturen 1 K hos 1 kg av ämnet, eller den värmemängd som lämnar 1 kg av ämnet då 

dess temperatur sjunker 1 K. Enheten för specifik värmekapacitet blir alltså 

! 

!"# 

För vatten är den specifika värmekapaciteten 4.18∙10 3J/kgK 

Specifika värmekapaciteten brukar betecknas med c. Värmekapaciteten för ett föremål är på 

motsvarande sätt den energimängd som behövs för att höja föremålets temperatur med en grad. 

Temperaturdifferensen 1 °C är lika stor som temperaturskillnaden 1 K. 

Exempel: Antag att vi har 2 l vatten (dvs. 2 kg) som har temperaturen 20 °C och vi skall värma upp 

vattnet till kokning, dvs. temperaturen 100 °C. Temperaturhöjningen är alltså 80 °C, vilket också är 

80 K. Hur stor energimängd går då åt? 

Det blir 4.18∙10 3 J/kgK∙2 kg∙80 K≈670∙10 3 J=607 kJ 

Antag att detta skett på 5 min. Den värmeeffekt som då tillförts vattnet är 

!"#∙!" ! ! 

!∙!"! 

≈ 2200




Vid temperaturförändringar(utan att fasomvandlingar sker) tillförs eller avges värme: 

Effekt är energi/tid dvs




UTFÖRANDE: 

2. SPECIFIKA VÄRMEKAPACITETEN FÖR MÄSSING. 

I en bägare har du en känd mängd vatten med uppmätt känd temperatur, omkring rumstemperatur. 

Du tar sedan en bit mässing, som du värmer till cirka 100 °C. Det åstadkommer du genom att 

mässingsbiten hålls nedsänkt i ett annat kärl med kokande vatten. Mät temperaturen! Mässingsbiten 

är fäst vid ett snöre så att du kan lyfta upp mässingsbiten. 

Du för sedan mässingsbiten ned i den första vattenbägaren, rör om med termometern och väntar 

med att notera temperaturen till dess att temperaturen blivit konstant. 

Du kan nu beräkna ett värde på specifika värmekapaciteten för mässing (ekv. (2)). Gör det. 

3. SPECIFIKT SMÄLTVÄRME FÖR IS. 

Detta blir en mätning behäftad med en ganska stor onoggrannhet men det är principen för 

energiutbytet som vi är ute efter. 

UTFÖRANDE: 

Väg upp en lagom mängd vatten i en glasbägare och värm upp den till ca 10 °C över rumstemperatur. 

Vad som kan vara lagom får du själv avgöra med hänsyn till det följande. Tänk på att du behöver 

mäta och notera denna temperatur! 

I vattnet skall du lägga en mängd is som förhoppningsvis skall smälta helt och just när den har smält 

mäter du den nu aktuella temperaturen. Denna temperatur kallar vi jämviktstemperatur. 

Om du därefter väger bägaren igen kan du beräkna isens massa ur skillnaden mellan resultatet av 

denna vägning och den första. 

Du kan med mätvärden från de utförda mätningarna av massor och temperaturer beräkna 

smältvärmet för isen (ekv. (5)). Gör det! 

Ledtråd: att smälta isen(med massa mis) samt värma upp smältvattnet till jämvikts-‐ 

temperaturen(Tjämvikt) kräver samma energimängd som den som avges när temperaturen hos 

varmvattnet(med massa m) sänks från ursprungstemperaturen till jämviktstemperaturen. 


HJ, 12-‐11-‐21 12(13)




4. DENSITET 

Syftet med den här laborationen är att bestämma densiteten för några olika ämnen. För ett föremål 

med massa m och volym V ges densiteten ρ av uttrycket: 

UTFÖRANDE

LabPM Fysik A - IFM

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?