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3B SCIENTIFIC PHYSICS U40205 Instructions D'utilisation

Balance de cavendish
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3B SCIENTIFIC ® PHYSICS
Bedienungsanleitung
04/10 ALF
Die Drehwaage nach Cavendish dient zum Nachweis
der Gravitationskraft zwischen zwei Massen und zur
Bestimmung der Gravitationskonstanten.
Kernstück der Drehwaage ist ein Torsionspendel
bestehend aus einem Tragebalken mit zwei kleinen
Bleikugeln, der waagerecht an einem dünnen
Wolframdraht aufgehängt ist. Die Ruhelage wird
durch die Anziehungskraft zweier großer Bleikugeln
auf
die
kleinen
Umschwenken der großen Kugeln in eine neue
Position schwingt das Torsionspendel um die
geänderte Ruhelage. Die Drehbewegung wird mit
einem kapazitiven Differentialsensor gemessen, der
Cavendish-Drehwaage U40205
Kugeln
beeinflusst.
1. Beschreibung
Rausch- und Vibrationsanteile im Signal weitgehend
unterdrückt, und mit einem Computer aufgezeichnet.
Zur weiteren Auswertung können die Daten in eine
Tabellenkalkulation exportiert werden. Alternativ ist
auch die Demonstration der Bewegung mit Hilfe eines
Lichtzeigers möglich.
Dank der kurzen Schwingungsdauer von 2 – 4 min
(abhängig von der Länge des Wolframdrahts) lässt sich
Nach
die
Gravitationskonstante
Unterrichtsstunde mit einer Genauigkeit besser als
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Manuels Connexes pour 3B SCIENTIFIC PHYSICS U40205

Sommaire des Matières pour 3B SCIENTIFIC PHYSICS U40205

  • Page 1 3B SCIENTIFIC ® PHYSICS Cavendish-Drehwaage U40205 Bedienungsanleitung 04/10 ALF 1. Beschreibung Die Drehwaage nach Cavendish dient zum Nachweis Rausch- und Vibrationsanteile im Signal weitgehend der Gravitationskraft zwischen zwei Massen und zur unterdrückt, und mit einem Computer aufgezeichnet. Bestimmung der Gravitationskonstanten.
  • Page 2 Fig. 1 Komponenten der Cavendish-Drehwaage 1 Stellfüße, 2 äußerer Tragebalken für große Bleikugeln, 3 kapazitiver Differentialsensor, 4 USB-Anschluss, 5 Zentrierstab, 6 innerer Tragebalken mit zwei kleinen Bleikugeln, 7 untere Aufhängung mit Spiegel, 8 Wolframfaden, 9 obere Aufhängung, 10 drehbare Halterung mit Winkelskala 2.

  • Page 3: Sicherheitshinweise

    • Button „Adjust left border“ drücken, mit „OK“ 4. Bedienung bestätigen und so die untere Grenze des 4.1 Sicherheitshinweise Messbereichs definieren. • Diodenlaser (U22000) genügt Tragebalken nun im Uhrzeigersinn drehen, bis er sicherheitstechnischen Anforderungen für Laser der wieder die Glasscheibe berührt. Jetzt den Button Klasse II.
  • Page 4 • zwischen den beiden Aufhängungen verlaufen Das ausgerichtete Torsionspendel vorsichtig in das (siehe Fig. 3). Gehäuse einsetzen. Dazu Tragebalken auf die untere, grüne Sensorplatine aufsetzen und obere • Dann die untere Aufhängung ca. 4 cm bis 5 cm Aufhängung durch die Bohrung im Gehäuse unterhalb der oberen Aufhängung auf dem Papier führen.
  • Page 5 • • Diese Position als Nulllage in der Software Für die weitere Durchführung experimentellen definieren. Aufbau so beibehalten. Fig. 4 Halterung des Torsionspendels mit Skalierung von oben betrachtet Fig. 5 Aufbau des Lichtzeigers zur Nullpunkteinstellung (1 Wand, 2 Laser, 3 Spiegel) •...
  • Page 6 4.8 Auswertung Das Trägheitsmoment des Torsionspendels J ergibt sich aus der Summe der Trägheitsmomente der 4.8.1 Bestimmung der Gleichgewichtslage kleinen Kugeln J und des inneren Tragebalkens J • Aus den ersten fünf Endausschlägen nach dem Umschwenken des äußeren Tragebalkens in ⋅...
  • Page 7 Fig. 8 Beispiel einer Messkurve Beschreibung der Software Points” stellt 7 „Datenbreiten” von 512 bis 32768 Punkten mit bis zu über 19 Stunden Aufnahmezeit zur 5.1 Informationsleiste Verfügung. Feld „Range“ gibt Die Informationsleiste am oberen Rand des Fensters Auswahlmöglichkeit zwischen verschiedenen enthält drei Felder.
  • Page 8 definieren. Diese können dann bei Langzeitmess- 5.8 Speichern und Hochladen ungen zur Korrektur einer Drift benutzt werden. Daten werden durch Anklicken des Buttons „Save“ Änderungen in der Luftfeuchtigkeit haben sich als gespeichert. Das Standard-Format ist *.cav. Zwei Hauptgrund für solche Drifts erwiesen. Um Punkte weitere Formate (*.txt und *.xls) stehen zur weiteren auszuwählen den Button „Select Points“...
  • Page 9 3B SCIENTIFIC ® PHYSICS Cavendish Torsion Balance U40205 Operating instructions 04/10 ALF 1. Description The Cavendish torsion balance is for demonstrating capacitive differential sensor, which largely suppresses the gravitational attraction between two masses and the noise and vibration from the signal, and displayed determining the gravitational constant.
  • Page 10 Fig. 1 Components of a Cavendish torsion balance 1 Adjustable feet, 2 Outer supporting beam for large lead spheres, 3 Capacitive differential sensor, 4 USB port, 5 Centring rod, 6 Inner supporting beam for small lead spheres, 7 Lower suspension rod with mirror, 8 Tungsten wire, 9 Upper suspension rod, 10 Rotatable mounting with protractor scale 2.

  • Page 11: Safety Instructions

    of its mounting until it touches the glass plate. 4. Operation • Click the “Adjust left border” button and confirm 4.1 Safety instructions by clicking “OK” to define the lower limit of the diode laser (U22000) meets safety measuring range. requirements for class-II lasers.

  • Page 12: Setting The Zero Point

    • • Now place the lower suspension rod on the paper Once it is correctly aligned, carefully place the about 4 to 5 cm below the upper rod. Wrap the wire torsion pendulum in its housing, setting the around the fixing screw so that it is slightly under support beam on top of the lower, green sensor tension and screw it in tight.
  • Page 13 Fig. 4 Mounting of torsional pendulum with scale as viewed from above Fig. 5 Set-up of laser pointer for determining zero position (1 wall, 2 laser, 3 mirror) • 4.7 Experimental procedure When the small spheres have almost reached their equilibrium point, move the outer beam to •...
  • Page 14 4.8 Evaluation The moment of inertia of the torsional pendulum J given by the sum of the moments of inertia of the 4.8.1 Determining the point of equilibrium small spheres J and of the inner beam J α • The equilibrium position can be calculated from the first five maximum deflections after the ⋅...

  • Page 15: Information Bar

    Fig. 8 Example of measured curve Software description The “Number of Points” field offers 7 “data breadths” from 512 to 32768 points and allows 19 hours of data 5.1 Information bar or more to be recorded. The “Range” field offers the The information bar at the top of the window contains choice of 6 different ways to scale the y-axis.
  • Page 16 pop-up menu. Then you can choose the first point for the event of a power failure, for example. The data the drift correction. This procedure is then repeated to can then be restored up to the point where the temp select the points P2 and P3.
  • Page 17 3B SCIENTIFIC ® PHYSICS Balance de Cavendish U40205 Instructions d’utilisation 03/10 ALF 1. Description La balance de Cavendish permet de mettre en l’aide d’un capteur capacitif différentiel qui supprime évidence la force de gravitation entre deux masses et les niveaux de bruit et de vibration dans le signal puis de définir la constante gravitationnelle.
  • Page 18 Fig. 1 Composants de la balance de Cavendish 1 Pieds réglables, 2 Renfort longitudinal extérieur pour les grosses billes de plomb, 3 Capteur capacitif différentiel, 4 Connexion USB, 5 Tige de centrage, 6 Renfort longitudinal intérieur pour les deux petites billes de plomb, 7 Suspension inférieure avec miroir, 8 Filament de tungstène, 9 Suspension supérieure, 10 Support pivotant avec échelle angulaire 2.

  • Page 19: Consignes De Sécurité

    • Appuyer sur le bouton « Adjust left border », 4. Manipulation confirmer avec « OK » et définir ainsi la limite 4.1 Consignes de sécurité inférieure de la plage de mesure. • Le laser à diode (U22000) satisfait aux prescriptions de Tourner à...

  • Page 20: Réglage Du Point Zéro

    • correctement orienté dans le boîtier. Pour cela, Placer ensuite la suspension inférieure sur le papier poser le renfort longitudinal sur la platine de env. 4 à 5 cm sous la suspension supérieure. Guider capteur inférieure verte et guider la suspension le filament autour de la vis de fixation en tirant légèrement dessus et serrer la vis.

  • Page 21: Réalisation De L'expérience

    • • Définir cette position comme la position zéro Conserver le montage expérimental ainsi pour la dans le logiciel. suite de l’expérience. Fig. 4 Support du pendule de torsion avec échelle, vue du dessus. Fig. 5 Montage de l’indicateur lumineux pour le réglage du point zéro (1 mur, 2 laser, 3 miroir) •...

  • Page 22: Détermination De La Position D'équilibre

    4.8 Evaluation Le moment d’inertie du pendule de torsion J s’obtient à partir de la somme des moments d’inertie des petites 4.6.1 Détermination de la position d’équilibre billes J et du renfort longitudinal intérieur J • •A partir des cinq premières déviations extrêmes après le basculement du renfort longitudinal ⋅...

  • Page 23: Barre D'information

    Fig. 8 Exemple d’une courbe de mesure Description du logiciel différents peuvent être sélectionnés. Le champ « Number of Points » propose 7 « largeurs de 5.1 Barre d’information données » de 512 à 32768 points avec une durée La barre d’information en haut de la fenêtre comporte d’enregistrement allant jusqu’à...
  • Page 24 durée. Des changements de l’humidité de l’air ont été 5.8 Enregistrement et chargement démontrés comme la raison principale de telles Les données sont enregistrées en cliquant sur le déviations. Pour sélectionner des points, appuyer sur bouton « Save ». Le format standard est *.cav. Deux le bouton «...
  • Page 25 FISICA 3B SCIENTIFIC ® Bilancia di torsione di Cavendish U40205 Istruzioni per l'uso 03/10 ALF 1. Descrizione La bilancia di torsione di Cavendish serve per differenziale capacitivo, soppresse completamente le dimostrare la forza gravitazionale tra due pesi e per percentuali di rumore e vibrazione nel segnale, e determinare le costanti di gravitazione.
  • Page 26 Fig. 1 Componenti della bilancia di torsione di Cavendish 1 piedi regolabili, 2 asta sospesa esterna per sfere di piombo grandi, 3 sensore differenziale capacitivo, 4 collegamento USB, 5 barra di centraggio, 6 asta sospesa interna con due sfere di piombo piccole, 7 sospensione inferiore con specchio, 8 filo in tungsteno, 9 sospensione superiore, 10 supporto girevole con scala angolare 3.

  • Page 27: Norme Di Sicurezza

    lastra di vetro. 4. Comandi • Premere pulsante “Adjust left border”, 4.1 Norme di sicurezza confermare con “OK” e definire in tal modo il Il laser a diodi (U22000) soddisfa i requisiti tecnici di limite inferiore del range di misura. sicurezza per i laser di classe II.

  • Page 28: Impostazione Dello Zero

    • procedimento, assicurarsi che il filo non venga Inserire con cura il pendolo di torsione allineato schiacciato. Il filo dovrebbe passare il più possibile nell’alloggiamento. A tale scopo collocare l’asta al centro tra le due sospensioni (vedere Fig. 3). sospesa sopra la scheda sensori verde inferiore e far passare la sospensione superiore attraverso il •...
  • Page 29 • • Definire questa posizione come posizione di continuare l’esecuzione mantenere origine nel software. struttura dell’esperimento. Fig. 4 Supporto del pendolo di torsione con graduazione osservato da sopra Fig. 5 Struttura dell’indicatore luminoso per la regolazione del punto zero (1 parete, 2 laser, 3 specchio) •...
  • Page 30 4.8 Analisi Il momento di inerzia del pendolo di torsione J ottiene dalla somma dei momenti di inerzia delle 4.6.1 Determinazione della posizione di equilibrio sfere piccole J e dell’asta sospesa interna J • Dai primi cinque valori di fondo scala, dopo aver orientato l'asta sospesa esterna in posizione 2, è...

  • Page 31: Barra Delle Informazioni

    Fig. 8 Esempio di una curva di misurazione Descrizione del software di misurazione. Il campo “Number of Points” mette a disposizione 7 „capacità di dati” da 512 fino a 32768 5.1 Barra delle informazioni punti con un massimo di 19 ore di tempo di La barra delle informazioni sul bordo superiore della rilevamento a disposizione.
  • Page 32 essere utilizzate per la correzione di una deriva nelle 5.8 Salvataggio e upload misurazioni a lungo termine. Cambiamenti nel livello I dati vengono salvati cliccando il pulsante “Save”. Il di umidità dell’aria si sono dimostrati causa principale formato standard è *.cav. Altri due formati (*.txt e di questo tipo di derive.
  • Page 33 3B SCIENTIFIC ® PHYSICS Balanza de torsión de Cavendish U40205 Instrucciones de uso 03/10 ALF 1. Descripción La balanza de torsión de Cavendish sirve para la sensor diferencial capacitivo, el cual atenúa casi comprobación de la fuerza gravitacional entre dos totalmente las componentes parásitas de vibración y...
  • Page 34 Fig. 1 Componentes de la balanza de torsión de Cavendish 1 Pedestal, 2 Travesaño externo para las esferas de plomo grandes, 3 Sensor diferencial capacitivo, 4 Conector USB, 5 Barra de centrado, 6 Travesaño interno con dos esferas de plomo pequeñas, 7 Suspensión inferior con espejo, 8 Hilo de tungsteno, 9 Suspensión superior, 10 Soporte giratorio con escala angular.

  • Page 35: Advertencias De Seguridad

    • Por medio del soporte se gira el travesaño en 4. Manejo sentido contrario a las manecillas del reloj hasta 4.1 Advertencias de seguridad que toque la luna de vidrio. • El diodo láser (U22000) cumple las exigencias técnicas Se pulsa el botón “Adjust left border”, se confirma de seguridad referentes a los láseres de la clase II.

  • Page 36: Ajuste Del Punto Cero

    • tornillos, teniendo en cuenta que el hilo no se El péndulo de torsión bien orientado se introduce doble. El hilo debe, en lo posible, quedar en la carcasa. Para ello se pone el travesaño sobre centrado entre las dos suspensiones (ver Fig. 3). la platina verde inferior del sensor y se introduce la suspensión superior en la carcasa a través del •...
  • Page 37 • • Girando el soporte se lleva el travesaño a esta Esta posición se define en el software como posición media y se espera hasta que el péndulo posición cero. allí entre en reposo. Alternativamente se fija el • Para proseguir con la realización del montaje travesaño en esa posición media utilizando la experimental se mantiene esta posición.
  • Page 38 4.8 Evaluación El momento de inercia del péndulo de torsión J obtiene de la suma de los momentos de inercia de las 4.8.1 Determinación de la posición de equilibrio esferas pequeñas J y del travasaño interno J • De las primeras cinco desviaciones extremas del ⋅...

  • Page 39: Barra De Información

    Fig. 8 Ejemplo de una curva de medida Descripción del software Points” pone a disposición 7 anchos de datos de 512 hasta 32768 puntos con hasta 19 horas de tiempo de 5.1 Barra de información registro. El campo “Range” da la posibilidad de La barra de información en el borde superior de la seleccionar entre 6 diferentes escalas del eje-y.
  • Page 40 del ambiente se han mostrado como causa principal tienen a disposición dos formatos adicionales (*.txt y del arrastre de los datos de medida. Para seleccionar *.xls) para un análisis adicional de los datos en un puntos se pulsa el botón “Select Points” y se hace un Spreadsheet.
  • Page 41 3B SCIENTIFIC ® FÍSICA Balança de torção de Cavendish U40205 Instruções de operação 03/10 ALF 1. Descrição A balança de torção de acordo com Cavendish serve O movimento de rotação é medida com sensor para a comprovação da força de gravidade entre duas capacitivo diferencial, o qual suprime amplamente as massas e para a determinação das constantes...
  • Page 42 Fig. 1 Componentes da balança de torção de Cavendish 1 Pés de apoio, 2 Travessão de suporte exterior para esferas de chumbo grandes, 3 Sensor diferencial capacitivo, 4 Conexão USB, 5 Vara para centralizar, 6 Travessão de suporte interior com duas esferas de chumbo pequenas, 7 Suspensão inferior com espelho, 8 Fio de Tungstênio, 9 Suspensão superior, 10 Suporte giratório com escala angular 2.

  • Page 43: Indicações De Segurança

    • Apertar o botão „Adjust left border“ (ajustar 4. Operação margem esquerda), confirmar com „OK“ e definir 4.1 Indicações de segurança assim o limite inferior da faixa de medição. • O diodo laser (U22000) conforma-se as exigências Agora girar o travessão de suporte no sentido técnicas de segurança para laser da classe II.
  • Page 44 • suspensões (ver Fig. 3). Inserir o pêndulo de torção com cuidado para dentro da armação. Para isto colocar o travessão • Depois colocar a suspensão inferior aprox. 4 cm até de suporte sobre a platina de sensor inferior 5 cm em baixo da suspensão superior sobre a folha verde e passar a suspensão superior através da de papel.
  • Page 45 • • Levar o travessão de suporte através de girar o Definir esta posição como posição zero no suporte para essa posição média e esperar até que software. aí pêndulo chegue repouso. • Para o desenvolvimento adicional manter a Alternativamente fixar o travessão de suporte com montagem da experiência nesta forma.
  • Page 46 4.8 Avaliação O momento de inércia do pêndulo de torção J resulta da soma dos momentos de inércia das pequenas 4.6.1 Determinação da posição de equilibro esferas J e do travessão interno J • Dos primeiros cinco elongações finais, após da virada do travessão de suporte externo na posição ⋅...
  • Page 47 Fig. 8 Exemplo de uma curva de medição Descrição do software (aplicativo) No campo de “Sampling Rate” (taxa de amostragem) existem 5 taxas de medição diferentes para escolher. 5.1 Barra de informações O campo de “Number of Points” (número de pontos) A barra de informações na margem superior da janela coloca a disposição 7 “larguras de dados”, desde 512 contém três campos.
  • Page 48 À direita encontram-se os dois botões “Select Points“ (parar) com o qual pode-se parar a série de medições (selecionar pontos) e “Apply Corrections“ (aplicar manualmente. Na parada de uma série de medições, correções), um em baixo do outro. Com o botão de seja feita manual ou automaticamente, aparece um “Select Points“...

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