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Bedienungsanleitung
04/10 ALF
Die Drehwaage nach Cavendish dient zum Nachweis der
Gravitationskraft
zwischen
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
1003337 / Cavendish-Drehwaage U40205
zwei
Massen
und
Kugeln
beeinflusst.
1. Beschreibung
Rausch- und Vibrationsanteile im Signal weitgehend
zur
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 10%
bestimmen.
1
innerhalb
einer
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Inhaltszusammenfassung für 3B Scientific U40205
- Seite 1 1003337 / Cavendish-Drehwaage U40205 Bedienungsanleitung 04/10 ALF 1. Beschreibung Die Drehwaage nach Cavendish dient zum Nachweis der Rausch- und Vibrationsanteile im Signal weitgehend Gravitationskraft zwischen zwei Massen unterdrückt, und mit einem Computer aufgezeichnet. Bestimmung der Gravitationskonstanten. Zur weiteren Auswertung können die Daten in eine Tabellenkalkulation exportiert werden.
- Seite 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 3.
- Seite 3 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.
- Seite 5 zwischen den beiden Aufhängungen verlaufen (siehe Das ausgerichtete Torsionspendel vorsichtig in Fig. 3). das Gehäuse einsetzen. Dazu Tragebalken auf die untere, grüne Sensorplatine aufsetzen und Dann die untere Aufhängung ca. 4 cm bis 5 cm obere Aufhängung durch Bohrung unterhalb der oberen Aufhängung auf dem Papier Gehäuse führen.
- Seite 6 Diese Position als Nulllage in der Software Für die weitere Durchführung experimentellen Aufbau definieren. 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) 4.7 Durchführung des Experiments ...
- Seite 7 4.8 Auswertung Das Trägheitsmoment des Torsionspendels ergibt sich aus der Summe der Trägheitsmomente der 4.8.1 Bestimmung der Gleichgewichtslage kleinen Kugeln und des inneren Tragebalkens Aus den ersten fünf Endausschlägen nach dem Umschwenken des äußeren Tragebalkens in ⋅ m ⋅ r Position 2 lässt sich die Gleichgewichtslage α...
- Seite 8 Fig. 8 Beispiel einer Messkurve Points” stellt 7 „Datenbreiten” von 512 bis 32768 5. Beschreibung der Software 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.
- Seite 9 Das Programm wird durch Druck auf den Button „Exit“ Beendung einer Messreihe, sei es manuell oder geschlossen. automatisch, erscheint eine Meldung, die fragt, ob die Daten gespeichert werden sollen. Technische Änderungen vorbehalten © Copyright 2010 3B Scientific GmbH...
- Seite 10 1003337 / Cavendish Torsion Balance U40205 Operating instructions 04/10 ALF 1. Description The Cavendish torsion balance is for demonstrating the capacitive differential sensor, which largely suppresses the noise and vibration from the signal, and displayed gravitational attraction between two masses and determining the gravitational constant.
- Seite 11 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 r od, 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.
- Seite 12 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.
- Seite 14 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.
- Seite 15 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 position ...
- Seite 16 4.8 Evaluation The moment of inertia of the torsional pendulum given by the sum of the moments of inertia of the small 4.8.1 Determining the point of equilibrium spheres and of the inner beam The equilibrium position can be • α...
- Seite 17 Fig. 8 Example of measured curve 5. 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.
- Seite 18 After acquiring data for 2 minutes, the program will save a file called temp.cav. The measurements are saved in this temporary file to stop data being lost in Subject to technical amendments © Copyright 2010 3B Scientific GmbH...
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Seite 19: Instructions D'utilisation
1003337 / 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. - Seite 20 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 Con nexion USB, 5 Tige de centrage, 6 Renfort longitudinal intérieur pour les deux petites billes de plomb, 7 Suspension inférieure ave c miroir, 8 Filament de tungstène, 9 Suspension supérieure, 10 Support pivotant avec échelle angulaire 2.
- Seite 21 4. Manipulation Appuyer sur le bouton « Adjust left border », confirmer avec « OK » et définir ainsi la limite 4.1 Consignes de sécurité inférieure de la plage de mesure. Le laser ä diode (U22000) satisfait aux prescriptions de ...
- Seite 23 correctement orienté dans le boîtier. Pour cela, Placer ensuite la suspension inférieure sur le papier env. 4 ä 5 cm sous la suspension supérieure. Guider le poser le renfort longitudinal sur la platine de capteur inférieure verte et guider la suspension filament autour de la vis de fixation en tirant légèrement dessus et serrer la vis.
- Seite 24 Définir cette position comme la position zéro dans le Conserver le montage expérimental ainsi pour la 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) ...
- Seite 25 4.8 Evaluation Le moment d’inertie du pendule de torsion s’obtient à partir de la somme des moments d’inertie des petites 4.6.1 Détermination de la position d’équilibre billes et du renfort longitudinal intérieur •A partir des cinq premières déviations extrêmes après le basculement du renfort longitudinal extérieur en position 2, la position d’équilibre peut être calculée selon...
- Seite 26 Fig. 8 Exemple d’une courbe de mesure différents peuvent être sélectionnés. Le champ « 5. Description du logiciel Number of Points » propose 7 « largeurs de données » 5.1 Barre d’information de 512 ä 32768 points avec une durée d’enregistrement La barre d’information en haut de la fenêtre comporte allant jusqu’ä...
- Seite 27 Le programme se ferme si le bouton « Exit » est être arrêtée manuellement. A la fin d’une série de actionné. mesures, qu’elle soit manuelle ou automatique, un message s'affiche, demandant si les données doivent être enregistrées. Sous réserve de modifications techniques © Copyright 2010 3B Scientific GmbH...
- Seite 28 1003337 / 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.
- Seite 29 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.
- Seite 30 4. Comandi lastra di vetro. 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.
- Seite 32 Inserire con cura il pendolo di torsione allineato procedimento, assicurarsi che il filo non venga schiacciato. Il filo dovrebbe passare il più possibile nell’alloggiamento. A tale scopo collocare l’asta sospesa al centro tra le due sospensioni (vedere Fig. 3). sopra la scheda sensori verde inferiore e far passare la sospensione superiore...
- Seite 33 Definire questa posizione come posizione di Per continuare l’esecuzione mantenere la struttura dell’esperimento. origine nel software. 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) ...
- Seite 34 Il momento di inerzia del pendolo di torsione 4.8 Analisi ottiene dalla somma dei momenti di inerzia delle sfere 4.6.1 Determinazione della posizione di equilibrio piccole e dell’asta sospesa interna Dai primi cinque valori di fondo scala, dopo aver orientato l'asta sospesa esterna in posizione 2, è...
- Seite 35 Fig. 8 Esempio di una curva di misurazione di misurazione. Il campo “Number of Points” mette a 5. Descrizione del software 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.
- Seite 36 Al termine di una serie di “Exit”. misurazioni, in modo manuale o automatico, comp are un messaggio che chiede se i dati devono essere memorizzati. Con riserva di modifiche tecniche © Copyright 2010 3B Scientific GmbH...
- Seite 37 1003337 / 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 totalmente las componentes parásitas de vibración y comprobación de la fuerza gravitacional entre dos masas y para medir la constante gravitacional G.
- Seite 38 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.
- Seite 39 4. Manejo Por medio del soporte se gira el travesaño en 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.
- Seite 41 tornillos, teniendo en cuenta que el hilo no se El péndulo de torsiön 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 suspensiön superior en la carcasa a través del ...
- Seite 42 Girando el soporte se lleva el travesaño a esta Esta posición se define en el software como posición posición media y se espera hasta que el péndulo 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.
- Seite 43 4.8 Evaluación El momento de inercia del péndulo de torsión obtiene de la suma de los momentos de inercia de las 4.8.1 Determinación de la posición de equilibrio esferas pequeñas y del travasaño interno De las primeras cinco desviaciones extremas del travesaño externo después del giro hasta la ⋅...
- Seite 44 Fig. 8 Ejemplo de una curva de medida 5. Descripción del software 5.1 Points” pone a disposiciön 7 anchos de datos de 512 hasta 32768 puntos con hasta 19 horas de tiempo de Barra de información registro. El campo “Range” da la posibilidad de La barra de informaciön en el borde superior de la seleccionar entre 6 diferentes escalas del eje-y.
- Seite 45 5.8 Guardar y cargar Los datos se guardan en memoria haciendo un clic sobre el botón “Save”. El formato estándar es *.cav. Se Nos reservamos el derecho a modificaciones técnicas © Copyright 2010 3B Scientific GmbH...
- Seite 46 1003337 / 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...
- Seite 47 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.
- Seite 48 4. Operação Apertar o botão „Adjust left border“ (ajustar 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.
- Seite 50 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 verde 5 cm em baixo da suspensão superior sobre a folha e passar a suspensão superior através da de papel.
- Seite 51 Levar o travessão de suporte através de girar o Definir esta posição como posição zero no suporte para essa posição média e esperar até software. aí pêndulo chegue repouso. Para o desenvolvimento adicional manter a Alternativamente fixar o travessão de suporte com montagem da experiência nesta forma.
- Seite 52 4.8 Avaliação O momento de inércia do pêndulo de torção resulta da soma dos momentos de inércia das pequenas esferas 4.6.1 Determinação da posição de equilibro do travessão interno Dos primeiros cinco elongações finais, após da virada do travessão de suporte externo na posição 2 pode-se calcular a posição de equilibro α...
- Seite 53 Fig. 8 Exemplo de uma curva de medição 5. Descrição do software (aplicativo) 5.1 No campo de “Sampling Rate” (taxa de amostragem) existem 5 taxas de medição diferentes para escolher. 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.
- Seite 54 5.12 Botão “Exit“ (saída) O apertar do botão “Record“ inicia uma série de O programa é fechado ao apertar o botão “Exit“. medições. O botão converte-se agora no botão “Stop“ Sob reserva de modificações técnicas © Copyright 2010 3B Scientific GmbH...