Feladat: 158. fizika mérési feladat Korcsoport: 18- Nehézségi fok: nehéz
Megoldó(k):  Liptai Bernadett 
Füzet: 1994/október, 381. oldal  PDF  |  MathML 
Témakör(ök): Elektromos mérés, Mágneses térerősség (H), Egyéb mágneses erőhatás, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1994/január: 158. fizika mérési feladat

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

A mérés során a legnagyobb nehézséget a forgó mágnesrúd felfüggesztésének megoldása és a forgatónyomaték pontos mérése okozza. A legcélszerűbb a mágnesrudat az ábrán látható módon egy függőlegesen kifeszített torziós szálra erősíteni. Ez a megoldás igen érzékeny forgatónyomaték-mérést tesz lehetővé, és biztosítja, hogy a mágnesrúd csak a szál másik tengelye mentén fordulhasson el. A szál egyik vége legyen rögzített, a szál másik végére pedig szereljünk egy szögbeosztással ellátott forgatható tárcsát. E tárcsát adott szöggel elfordítva a mágnesrúdra (amennyiben a helyzete eközben nem változik) a szögelfordulással egyenesen arányos forgatónyomatékot fejthetünk ki. Az arányossági tényezőt közvetlenül megmérhetjük vagy kiszámolhatjuk a rúdmágnes tehetetlenségi nyomatékának és a torziós rezgések periódusidejének ismeretében, de használhatjuk egyszerűen a torziós szál szögelfordulását mint önkényes forgatónyomaték-egységet.

 

 
A másik, nem forgó mágnesrudat erősítsük egy mozgatható állványra, a forgó mágnessel azonos magasságban. A két mágnes középpontjának távolságát jelölje l, a forgómágnes szögelfordulását pedig α. Adott l, α értékek mellett a forgatónyomaték mérésének menete a következő:
‐ A forgó tárcsa segítségével állítsuk be a forgó mágnesrúd α szögű helyzetét.
‐ Helyezzük el az állványon lévő mágnesrudat a másik mágnestől l távolságra. (Eközben persze a torziós szálon lévő mágnes kicsit elfordul.)
‐ A torziós szálon lévő tárcsa segítségével állítsuk vissza a forgó mágnest az α szögű helyzetbe. Ehhez a visszaállításhoz szükséges szögelfordulás jellemzi a mágnesre ható M forgatónyomatékot.
Liptai Bernadett (Kazincbarcika, Ságvári E. Gimn., 8. o.t.) ezzel a módszerrel mérte meg különböző l és α értékek mellett az M forgatónyomatékot. (Minden esetben három független mérést átlagolt.) Az 1. grafikonon rögzített α érték mellett ábrázolta a forgatónyomaték távolságfüggését, a 2. grafikonon pedig néhány rögzített távolság esetén láthatjuk a forgatónyomaték szögfüggését. (Általános tapasztalat, hogy rögzített l távolság mellett M(α)=-M(-α)=+M(180∘-α), így a mérést elegendő a 0∘≤α≤90∘ tartományban végezni.) Ideális, pontszerű dipólusokra megmutatható, hogy rögzített α esetén M∼1/l3, míg rögzített l esetén M∼sinα. Látható, hogy az 1. és 2. grafikonon ábrázolt mérési eredmények jó összhangban vannak a pontszerű dipólusokra vonatkozó elméleti összefüggésekkel.
 

 
1. grafikon
 

 
2. grafikon