Feladat: 253. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Augusztinovicz Dávid ,  Bornemissza Péter ,  Fülöp Bálint ,  Gyenis András ,  Horváth Tamás ,  Kocsis Vilmos ,  Kőrösi Márton ,  Lantos Judit ,  Meszéna Balázs ,  Pálinkás András ,  Sáfrány Ilona Virág ,  Újfalussy Kristóf 
Füzet: 2005/február, 119 - 121. oldal  PDF file
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 2004/szeptember: 253. fizika mérési feladat

Mérjük meg, hogy legalább mekkora forgatónyomaték kell egy hurkapálca eltöréséhez! Végezzünk minél több mérést!

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

Megoldás. A legtöbb versenyző a hurkapálcát vízszintes helyzetben rögzítette, csak néhányan választották a függőleges elrendezést. A rögzítést különböző nehezékekkel (pl. könyvkupacokkal) vagy satuval valósították meg. A pálcák terhelését valamilyen mérhető módon kellett megoldani. Ezt a legtöbben rugós erőmérővel vagy ismert súlysorozattal (pl. az iskolai szertárból származó 50 g-os nehezékekkel) tették. Augusztinovicz Dávid (Budapest, Árpád G., 10. évf.) 2,05 g tömegű 1 forintosokkal oldotta meg a ,,súlyos kérdést''; az érme hivatalos tömegének ,,névleges értékét'' a Magyar Nemzeti Bank honlapján találta meg.
Az eltörés pillanatát a legtöbben vizuálisan (szemrevételezéssel) érzékelték. Az esemény minél pontosabb rögzítése érdekében Gyenis András (Veszprém, Lovassy L. Ginm., 12. évf.) oldalról világította meg a pálcát, és annak árnyékát követte, Újfalussy Kristóf (Pannonhalma, Bencés Gimn., 12. évf.) pedig fényképezte a történteket.
Forgatónyomatékot alapvetően kétféle módon mértek a versenyzők. Legtöbben adott nagyságú erőkar mellett növelték a terhelést, egészen a pálca eltöréséig; néhányan viszont adott terhelés mellett az erőkar nagyságát változtatták. Az első módszernél igen fontos volt az terhelés folytonos változtatásának megvalósítása. Erre a legkülönbözőbb módszerek születtek: pl. flakonba vagy vékony műanyag pohárba öntött víz; pohárba, zacskóba vagy flakonba szórt só, cukor, esetleg homok. (Ez utóbbiról Kocsis Vilmos (Szeged, SzTE Ságvári E. Gyak. Gimn., 11. évf.) igen meggyőző fényképeket mellékelt, lásd lapunk hátsó borítóját.)
A mérési feladat megoldói ‐ komolyan véve a feladat szövegét ‐ igen sok mérést végeztek. A mérések nagy része a kereskedelemben kapható (többé-kevésbé egyforma) hurkapálcákkal történhetett, erre utal a kritikus forgatónyomaték mért átlagértékének (0,2‐0,4 Nm) viszonylag kicsi szórása. (Az egyes versenyzők különböző hurkapálcákon mért adatai természetesen erősen szórtak, de az ezekből átlagolással kapott értékek a különböző helyen és eltérő körülmények között mérő versenyzőknél nagyjából azonosnak adódtak.)
Többen megfigyelték, hogy a töréshez szükséges forgatónyomaték lényegében független a pálca hosszától. Ezt látszanak igazolni a Kőrösi Márton (Békéscsaba, Tevan A. Gimn., 10. évf.) és Lantos Judit (Hódmezővásárhely, Bethlen G. Ref. Gimn., 12. évf.) mérési adatait tartalmazó grafikonok. (Egy mérési feladatban még az elméleti megfontolások alapján magától értetődő dolgokat is érdemes kísérletileg megvizsgálni, ellenőrizni. Ha nem is mutatkozik eltérés a várakozástól, akkor sem haszontalan a független mérések számának növelése; ezzel az egész mérés pontosságát növeljük. Néha azonban az is előfordulhat, hogy a Természet nem hajlandó tudomásul venni a mi elméleti elképzeléseinket, hanem valami váratlan, új jelenségre hívja fel a figyelmet.)
Két versenyző, Meszéna Balázs (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn., 10. évf.) és Horváth Tamás (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn., 11. évf.) megvizsgálta, hogyan függ a kritikus forgatónyomaték a pálca keresztmetszetétől. Azt kapták, hogy a kb. kétszer nagyobb keresztmetszetű pálca esetén több, mint kétszer nagyobb a törési nyomaték (1 Nm körüli érték), a két mennyiség között tehát nem áll fenn egyenes arányosság.
Fülöp Bálint (Budapest, ELTE Apáczai Csere J. Gyak. Gimn., 10. évf.) azt vizsgálta meg, hogy egy mikrohullámú sütőben kiszárított pálca könnyebben törik-e, mint az eredeti. Megfigyelései szerint a kritikus forgatónyomaték a szárítás hatására kicsit lecsökkent. Ezután egy vizes ronggyal ismét megnedvesítette a pálcákat, és meglepetéssel tapasztalta, hogy a töréshez szükséges forgatónyomaték ezáltal tovább csökkent! ,,Ezt egyedül azzal tudom magyarázni, hogy a pálcikák eláztak...'' ‐ írta. Megállapítása annyiban mindenképpen helytálló, hogy a törési forgatónyomatékot a pálca faanyagának nedvességtartalma is befolyásolja.
Pálinkás András (Budapest, Piarista Gimn., 12. évf.) a törési forgatónyomatékot a már említett adatok mellett még más tényezők (pl. a pálca befogásának erőssége, a pálcára ható erő iránya, a fa minősége) függvényében is vizsgálta. Mérési eredményeiből arra következtetett, hogy ,,derékszög esetén kell a legkisebb forgatónyomaték'', továbbá hogy ,,a pálca megszorításával kicsit növelhető a tartása, de egy idő után ez jelentősen lecsökken, mert szétroncsolódnak a rostok''. Bornemissza Péternek (Fazekas M. Főv. Gyak. Gimn., 12. évf.) csavarást alkalmazva kisebb forgatónyomatékkal sikerült eltörnie a hurkapálcát, mint amennyi a hajlításos törésnél szükséges.
A törési forgatónyomaték átlagos értékének mérési hibáját a dolgozatok nagy részében 10% körüli értékre becsülték, és többen utaltak a pálcák közötti nagy eltérésekre, a mérés reprodukálhatóságának nehézségeire.
Végezetül álljon itt egy ide vonatkozó szépirodalmi idézet, melyet Sáfrány Ilona Virág (Debrecen, Irinyi J. Szki. 12. évf.) csatolt a dolgozatához:

,,Szeresd a magyart, de ne faragd le'' ‐ szóla,
,,Erejét, formáját, durva kérgét róla:
Mert mi haszna símább, ha jól megfaragják?
Nehezebb eltörni a faragatlan fát.''
(Arany János: Toldi estéje)