Universums öde enligt termodynamiken

-Å ena sidan kan man hänvisa till Boltzmanns teori som hävdar att energi alltid tenderar att flöda från ett varmare till ett kallare område. I filmen illustrerade de detta genom att föreställa sig en varm metallbit på bordet. Atomerna i metallbiten rörde sig betydligt mycket mer än bordets atomer (då hade högre temperatur --> högre "medel kinetiskenergi") och därför kommer atomerna i metallen (som är i "kontakt" med atomerna i bordet att kollidera). Under kollisionen kommer energi att överföras från metallbitens atomer (från det varma) till bordets atomer (till det kalla)

-Å andra sidan skulle man kunna koppla detta till Termodynamikens andra sats som framhäver att entropin alltid antingen är oförändrad eller högre (ingen tillsatt energi). Detta kan återigen förklaras med ovanstående exempel. Om metallbiten stod kvar på bordet tillräckligt länge skulle den svalna samtidigt som omgivningen samt bordet skulle värmas upp. Energi har överförts från den ordnade metallbiten till en alltmer oordnade omgivningen. Det skulle vara fysiskt omöjligt för värme att överföras från bordet samt omgivningen till metallbiten. Därför kan inte entropin minska (om man inte tillsätter energi). 

-Dessutom har vi Termodynamikens första sats som säger att energi varken kan förstöras eller skapas utan den kan bara överföras eller omvandlas. Mängden energi i universum är således konstant. Däremot är vissa energi överförningar omöjliga idag. Man kan nämligen inte överföra värmeenergi till rörelseenergi (tvärtom fungerar det). Detta tyder på att energin helt och hållet kommer att vara oanvändbar efter en extremt lång period då all energi kommer att överföras till värmeenergi. Hur kommer en värld se ut utan rörelseenergi?

-I filmen tog de även upp atommodellen som syftade på att allt runt omkring oss var uppbyggt av fundamentala partiklar, atomer. Atomer är ständigt i rörelse (förutom vid absoluta nollpunkten) och detta innebär att platser med packade atomer kommer att leda till att flera atomer kolliderar med varandra och på så sätt stöter bort varandra så att de hamnar längre ifrån varandra. Detta leder till att atomer tenderar att inte stanna nära varandra då de hela tiden "stör" varandra. Därför rör sig atomer från lägre entropi till högre entropi (färre "störningar" sker vid högre entropi och atomen behåller sin plats).

 -->Sammanfattningsvis bygger universums öde på att vi kommer att uppnå en maximal entropi. Formeln: s'(t)= ds/dt≥0 tyder på att entropin endast kan ökas eller stanna som den är, den kan inte minskas. Därför kommer ödet att vara att alla partiklar kommer att vara så utspridda som möjligt. I samma volym kommer det alltid att finnas exakt lika många partiklar i universum. Dessutom kommer all energi att vara "oanvändbar" då all energi kommer att ha övergått till värmeenergi och hur ska vi röra på oss utan kinetisk energi? Liv i Universum kommer inte att existera och universum kommer att vara som sagt kaotisk. "Vi försöker bevara ordning i ett oordnat universum."

Arkimedes princip

Labben byggde på att vi skulle jämföra tyngden på de olika cylindrarna både när de befinner sig i luft och under vatten.Vi började med att mäta tyngden på vardera cylinder (under och utanför vatten), tyngderna noterades. Sedan mätte vi skillnaden i tyngd mellan de två fallen för alla tre cylindrar. Cylindrarna som trycktes ned under vattnet ledde till att vatten rann ut (det fanns en maximal vattennivå) (lika mycket vatten rann ut som föremålets volym). Vattnets massa vägdes och tyngden på det utrinnande vattnet beräknades. Arkimedes princip beskriver att tyngden på det utrinnande vattnet ska vara lika stort som skillnaden i tyngden på cylindrarna under och utanför vatten. Vattnets förmåga att trycka upp olika föremål under vatten kallas för luftkraft.

Med andra ord, vatten lyfter upp föremål med en lyftkraft som är exakt lika stor som tyngden på vattnets massa som motsvarar föremålets volym - enligt Arkimedes princip.

Alla värden noterades och jämfördes. Värdena överstämde och bevisade att Arkimedes princip är sann.

O andra sidan blev inte värdena exakta och det kan bero på olika osäkerheter i labben som vi inte lade märke till, till exempel:
-Vi kanske glömde nollställa mätinstrumenten efter varje försök för att säkerställa att alla resultat som vi får är pålitliga. Det kan hända att mätinstrumenten inte visar siffran 0 då föregående föremål inte har lämnat instrumentet.
-Dessutom är mängden vatten som vi vägde upp i slutet otillförlitligt. Det beror på att vi hela tiden nollställde bägaren (med vatten) vid kranen och bar den till bordet, vilket kan resultera med att vatten spills över golvet/bordet. Detta leder till att mängden vatten som lämnar bägaren blir betydligt mindre och vattnets tyngd minskas.

Rörelsemängd (momentum)

Jag konkluderade att rörelsemängden alltid är konstant i ett slutet system. Detta är med ett antagande, vilket är att det systemet är friktionsfritt, dvs inga energiförluster sker. Denna slutsats gäller annars alltid. Oavsett massorna på föremålen och utgångshastigheterna.

p före=p efter 

Om massorna på föremålen är samma överförs rörelsemängden från det ena föremålet för kollisionen till det andra efter kollisionen och vice versa, rörelsemängderna byter plats. Om massorna är olika överförs fortfarande rörelsemängderna (från det ena till det andra föremålet MEN inte hela rörelsemängden överförs, dvs rörelsemängderna byter inte plats. Föremålet med högre massa kommer att ha en lägre acceleration efter kollisionen (enligt Newtons andra lag).

Lutande plan

-Vi mätte hur stort arbete som krävdes för att dra en vagn från golvet till stolen (samma höjd). Det som varierade var lutningen på brädan (dvs längden från stolen x-led).
-Vi satte brädans slutpunkt till höjden av stolen. Därefter mätte vi höjden från golvet till slutpunkten (stolen) med hjälp av en linjal. Hur stor kraft som krävdes mätte vi med en dynamometer (parallell med lutningen på brädan). Hädanefter beräknade vi sträckan med hjälp av pythagoras sats (vi hade höjden samt längden och beräknade det lutande planets längd). Arbetet beräknades genom W=Fs
-Vi beräknade det totala arbetet som krävdes för att "få upp" vagnen till en viss höjd och hur arbetet varierar med lutningen (vilket det inte gör). Det totala arbetet beräknades genom W=Fs

Kraft: (N)	Sträcka: (m)	Arbete: (J)
0,5	1,02	0,54
0,8	0,71	0,57
0,7	0,83	0,58
0,6	0,93	0,56

-Vi insåg att arbetet var samma för alla mätningar (ungefär). Detta kan förklaras med att Wp är samma för alla mätningar då Wp=mgh där m,g och h är samma för alla mätningar --> samma potentiella energi. Den potentiella energin är det lagrade arbetet som är lika stor som arbetet som krävdes för att ta upp föremålet till just den höjden. Anledningen till att mätningarna inte var lika stora kan bland annat bero på mätningsfel.

-Detta experiment kan kopplas till mekanikens gyllene regel som beskriver att det man vinner i kraft förlorar man i väg och vice versa. Genom att luta rampen planare förlänger man vägen men kraften som man måste applicera minskar (man tar en längre väg, förlorar väg, men applicerar en lägre kraft, vinner kraft). Ju brantare plankan är desto mindre blir sträckan men kraften som krävs blir, å andra sidan, betydligt större.

Denna faktor kunde folk utnyttja då de skulle rulla tunga föremål, genom att ta en längre sträcka kan de göra knuffet/draget av föremålet enklare men längre. 

Friktionstal

-Vi började med att väga klossens massa (58 g) och sedan skulle klossen dras med en konstant hastighet för att beräkna friktionen. Det beror på att om vi drar med en konstant hastighet är kraftresultanten=0, enligt Newtons första lag. Det innebär att kraften som vi drar med (kan avläsas på dynamometern) är lika stor men motriktad mot friktionskraften så summan av dessa krafter = 0.Vi tillsatte olika vikter på vagnen (ökade vikten) för att se hur friktionstalet förändrades, vilket det inte gjorde:

Friktionskraft (Ff)[N]	Normalkraft (FN) [N]	µ=Ff/FN
0,4	2,53	0,16
0,55	3,52	0,16
0,7	4,5	0,16
0,48	3	0,16
0,65	4	0,16

Friktionstalet är därmed den samma hela tiden (mellan just dessa ytor) och är oberoende av alla vikter eller krafter som man applicerar.

Newtons 2:a lag

Uppgift 1: Undersök hur accelerationen beror av storleken på resultantkraften.

Accelerationen är proportionell mot resultantkraften. Massan ska hela tiden vara samma vilket innebär att endast resultantkraften samt accelerationen ändras:

Algebraisk lösning:

F=ma ↔ a=F/m

m är samma:

a=F * 1/m    (där 1/m hela tiden är samma värde)

1/m är därmed konstant och liknar k-värdet i räta linjens ekvation (y=kx+m).

a kommer att öka med lika stora steg hela tiden, då "k-värdet" är konstant och endast F ändras.

Det finns även inget m-värde, dvs när F=0 är a=0

Jag fick även en rät linje i programmet, men var dock tvungen att stänga av den då vi hade KP i svenska, och skulle skriva en uppsats. Vi fick inte ha andra saker öppna.

Kraft och rörelse

1) Resultantkraften färdas i samma riktning som den största kraften i början. Detta är enligt Newtons Nollte lag för parallella krafter. Den visar att om vi har en negativ kraft (åt ena riktningen) och en positiv kraft (åt den andra riktningen) kommer kraftresultanten att riktas i samma riktning (antingen positiv eller negativ) beroende på vilken kraft som, I BÖRJAN, var störst.

2) När man inte har en friktionskraft (inte heller luftmotstånd som också är friktion) kommer ett föremål som tillförts med en konstant kraft att fortsätta färdas med den kraften, i just den hastigheten som den fick då kraften tillfördes i all oändlighet. Detta beror på att vi INTE har en motriktad kraft som verkar på föremålet. Endast normalkraften samt tyngdkraften verkar på föremålet men eftersom de är lika stora blir kraftresultanten 0. F(res)=0, vilket Newtons första lag visade att föremålet då befinner sig i konstant hastighet eller står stilla. Den fördes i konstant hastighet i exemplet vilket överstämde med Newtons första lag!

När vi, å andra sidan, har en friktionskraft som verkar på föremålet kommer föremålet att, först och främst, vara svårare att putta. Skjutkraften kolliderar med friktionskraften lite grann. När vi väl har knuffat föremålet kommer den sakta att bromsa in, (efter att vi inte tillsätter någon extra kraft), och det beror på, som sagt, friktionskraft som verkar åt motsatt riktning.

3) När man knuffar ett föremål, med en tillräckligt stor kraft att den rör sig, är accelerationen positiv (a>0). Hastigheten ökar. När man dock slutar tillföra en kraft (eller tillför en kraft åt motsatt riktning) kommer accelerationen att vara negativ (a<0). Hastigheten sjunker långsamt då friktionskraften "bromsar" föremålet mer än vad den motsatta skjutkraften skjuter på föremålet.

Utan friktion är accelerationen positiv då vi tillsätter en kraft, när vi däremot slutar att tillsätta kraften kommer accelerationen att vara 0. Det beror på att inga krafter drar föremålet i varken höger eller vänster led utan endast upp och ner (tyngdkraft och normalkraft).

Den tredje labben hänger ihop med Newtons andra lag. Denna lag tyder på att F=ma och vi märkte att när man knuffade (tillsatte en "knuffkraft" på lådan) lådan ökade accelerationen och när man slutade tillföra kraften minskade accelerationen till ett negativt värde.

Det beror på:
F=ma <-->  a=F/m
Om m är densamma hela tiden (lådan väger lika mycket) och man tillsätter en större kraft så kommer accelerationen att bli högre. Kvoten blir därmed större --> större acceleration.

När man slutade tillföra kraften så blev resultantkraften negativ, det beror på att friktionen verkar på föremålet i motsatt riktning från riktningen som den färdas i. Med andra ord, -a=-F/m

Kraftresultanter, Hur adderar man vektorer/krafter?

När man adderar krafter (vektorer) som är likriktade så adderar man vektorernas storheter. Kraftresultanten, F_R, blir således lika stor som respektive kraft tillsammans, med samma riktning.

När man adderar krafter som färdas åt andra vinklar, varken likriktade eller motriktade krafter, så kan man beräkna kraftresultanten genom parallellförflyttning (parallellogram metoden) eller genom polygonmetoden. 

Vektor a och b är vinklade och vi ser att vektor a+b kan beräknas med polygonmetoden

Vektor u och v adderas med parallellogram metoden och vi får kraftresultanten u+v.

Om krafter är motriktade så tar differensen mellan den större kraften och den mindre kraften. Riktningen avgörs av den större kraften. Blir resultanten negativ så har kraftresultanten en negativ riktning (åt motsatt håll).

I detta experiment insåg vi att om man drar gummisnoden till samma punkt, oberoende av vinklarna mellan dynamometrarna så kommer kraftresultanten att vara exakt samma.

Fysik laborationsrapport

Daniel Daher Na14na
Reaktionstidslabb:
Beräkningar: http://gyazo.com/22f9b33e3e509cc9042f58016dff2349
Jag gjorde tre försök och noterade hur många cm det tog för mig att fånga linjalen. Därefter tog jag medelvärdet på dessa tre resultat och fick 14 cm = 0,14m, dvs fallsträckan. Nu visste jag (ungefärligt) sträckan på min reaktionstid. Vi vet även att linjalen faller pga tyngdkraften, dock faller inte linjalen fritt (alltså i frittfall) då den påverkas av luftmotståndet. Den föll med vår kända tyngdacceleration, g=9,82m/s2. Vi vet även att start hastigheten, v0, är 0 m/s (linjalen stod still).

Sökt: t

Likformigt accelererad rörelse.
Då gäller:
v=v0 + at och s=v0t + 1/2at2 --> s=v0+1/2gt2

Kolla beräkningar (högst upp), svar: t=0,169 s.

Tennsbollsexperiment:
Bollkastets totala tid noterades, t=3,57 s.
Vi vet även tyngdaccelerationen, a=g=9,82m/s2.
Vad var starthastigheten, v0?
[Ej frittfall, påverkas av luftmotståndet].
Likformigt accelererad rörelse, då gäller:
V= v0+at samt s=v0t + 1/2at2
Beräkningar: http://gyazo.com/91fa9da20247689427156911c67c687e
V= -V0 (hastigheten kommer att vara samma sak som starthastigheten men negativ, då den faller med samma hastighet vid samma höjder men åt olika håll).

V0=17,53 m/s

Maximipunkt:
Halva tiden (högsta punkten)
t/2=1,785 s

Likformigt accelererad rörelse.
Då gäller:
v=v0 + at och s=v0t + 1/2at2 --> s=v0-1/2gt2 (Minus, eftersom negativ acceleration)
Beräkningar: http://gyazo.com/7ac6d74750d18d49bfc11386e8b5e8aa

Smaximipunkt=16,65m

Fallsträckan blir även densamma --> 16,65 m

Laborationsrapport

1)      Det beror på att sträckan från sensorn och mig ökar ju längre bort ifrån sensorn jag befinner mig. Detta leder till att ljudet, som färdas med en hastighet (v) på 343 m/s, får färdas en längre sträcka, och därmed så behöver ljudet en längre tid att färdas samt återvända tillbaka till sensorn. Längre sträcka med samma hastighet à längre tid. Brantare graf.

2)      I det här fallet så rör jag mig närmare i förhållande till sensorn. Resultatet blir en kortare sträcka. Ljudet behöver alltså färdas en kortare sträcka än tidigare och därmed så tar den mindre tid. Grafen lutar sig nedåt (negativt k-värde).

3)      Sträckan mellan mig och sensorn är hela tiden samma. Ljudets hastighet 343m/s behöver alltså lika lång tid hela tiden att nå mig och tillbaka till sensorn. Sträckan ändras ej och därmed så är tiden densamma.

4)      *Om man rör sig mot t.ex en sensor som sänder ljud, så blir sträckan kortare och det tar mindre tid för något att gå och återvända till sensorn (samma hastighet). Grafen har ett negativt k-värde.

*Om man rör sig ifrån en sensor så blir sträckan längre och det tar längre tid för bl.a ljudet att röra sig den sträckan. Grafens lutning blir på så sätt brantare.

*Om man står still, dvs. om sträckan hela tiden är densamma som kommer tiden inte att påverkas. Det beror på att tiden är ett förhållande mellan hastighet och sträcka, och om de inte ändras så gör tiden inte heller det. Plan graf.

1)      Försök 2. Här rörde vi oss betydligt mycket snabbare mot sensorn och därmed så minskade sträckan relativt snabbt. Detta gjorde att det tog mycket kortare tid för ljudet att gå och återvända. Ju snabbare sträckan minskar, desto kortare tid behöver hastigheten att röra sig sträckan.

2)      Ju högre fart desto snabbare minskar sträckan, desto kortare tid behöver hastigheten att röra sig sträckanàmindre tid.