Feladat: 79. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Kucsera Itala ,  Sárközi László 
Füzet: 1985/október, 334 - 335. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Erők forgatónyomatéka, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1985/március: 79. fizika mérési feladat

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A forgatónyomaték meghatározásához meg kell mérni, hogy adott erőkar esetén mekkora erőt kell kifejteni a csavaráskor. Ezt a mérést többféleképp el lehet végezni.

 
a) Ha a rögzített fába csavarjuk a csavart, a következőképp járhatunk el: A facsavar fejéhez egy pálcát erősítünk, és ennek végénél egy rugós erőmérőt közbeiktatva tekerjük be a csavart. (Az elrendezés az 1. ábrán látható.)
 
 
1. ábra
 


Ha csavarás közben biztosítjuk, hogy az erőmérő a rúdra merőlegesen álljon, akkor a róla leolvasható erő és a rúd hosszának szorzata adja a forgatónyomatékot. A rúd és az erőmérő merőleges helyzetét a folyamatos tekerés közben nehéz biztosítani. Ha nem folyamatosan csavarjuk a csavart, akkor nem a becsavarás közbeni forgatónyomatékot mérjük, hanem az adott helyzetből való kimozdításhoz szükségeset. Ez valamivel nagyobb a folyamatos csavaráshoz szükséges nyomatéknál.
A rúd és az erőmérő merőleges helyzetének problémáját úgy kerülhetjük el, ha az erőmérő ,,automatikusan'' merőleges az erőkarra. Ez kétféleképp is megvalósítható.
b) Az 1. ábrán látható elrendezést módosítsuk úgy, hogy az erőmérő másik végét valamihez rögzítjük és a fát tekerjük a csavarra! Ez az elrendezés látható felülnézetben a 2. ábrán. Ennél az elrendezésnél elég nagy erőkar esetén a rúd és az erőmérő közelítőleg merőlegesek egymásra.
 
 
2. ábra
 

c) A csavar fejéhez most erősítsünk egy korongot és annak a peremére feltekert fonál segítségével tekerjük be a csavart a rögzített fába! Itt a fonalat a korong sugarára merőlegesen húzzuk, így az erő és az erőkar merőlegesek. (L. a 3. ábrát!)
 
 
3. ábra
 

Az a), ill. c) esethez hasonlóan történik a mérés, ha a csavart rögzítjük és a 4. és 5. ábra szerint rúd alakú, ill. henger alakú fát tekerünk rá.
 
 
4. ábra
 

 
 
5. ábra
 

Valamennyi mérésnél kicsit nehézkes az erő nagyságának leolvasása a mérés közben. A b) esetben leírt összeállításnál segíteni lehet ezen egy ötlettel, amit megoldóink már máskor is alkalmaztak. Erősítsünk a pálca végére egy filctollat, és mozgassunk alatta az erő irányára merőlegesen egy papírszalagot egyenletes sebességgel, miközben a fakorongot egyenletesen forgatjuk! Ekkor megfelelő koordinátatengely-beosztást készítve rögtön grafikusan kapjuk a becsavarási mélység és a szükséges forgatónyomaték közti összefüggést. Így végezte a mérést Sárközi László (Bp., Móricz Zs. Gimn., II. o. t.).
A mérésnél az alábbiakra kell ügyelni:
‐ Ha egy csavart többször csavarunk be ugyanabba a lyukba, a forgatónyomatékok értéke a későbbi csavarásoknál kisebb, mint az első csavarásnál. Ezért minden méréshez új lyukat kell fúrni.
‐ A többször használt csavar menete kopottabb az újénál, ez is megváltoztatja a mérési eredményt.
‐ Ha csavarás közben megreped a fa, az is meghamisíthatja az eredményeket.
Különböző méretű csavarokat különböző minőségű fába csavarva más-más összefüggéseket kapunk a becsavarási mélység (l) és a forgatónyomaték (M) között, de a grafikonok alakja hasonlít egymásra. 23 mm hosszú, 3 mm átmérőjű csavart fenyőfába csavarva Kucsera Itala (Pécs, Nagy Lajos Gimn., I. o. t.) a 6. ábra szerinti grafikont kapta.
 
 
6. ábra
 

A több mérés alapján megrajzolt grafikonon láthatók a mérési hibák is. A mérési hibákat a műszerek pontatlansága, a mérés nem megfelelően pontos összeállítása és az egyenetlen mozgatás okozza.