בגרות בפיזיקה מעבדת חקר 36386 - קיץ 2023

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

שיטת המדידה: מושכים את הכדור מעט לכיוונכם (זווית קטנה, עד קרוב לגומייה), משחררים ממנוחה, מפעילים את שעון העצר ברגע שהכדור עובר בנקודת קצה (או בנקודת שיווי המשקל) וסופרים 10 מחזורים מלאים – מחזור הוא חזרה לאותה נקודה באותו כיוון תנועה. עוצרים את השעון בסוף המחזור העשירי.

החישוב: בזמן $t_{10}$ מתבצעים 10 מחזורים, ולכן זמן מחזור אחד:

לדוגמה, אם מדדתם $t_{10}=9.18\,\text{s}$:

(בדיקת סבירות: לפי נוסחה 1, מטוטלת שאורכה כ־$0.21\,\text{m}$ – מנקודת התלייה עד מרכז הכדור – צפויה לזמן מחזור $2\pi\sqrt{0.21/10}\approx 0.91\,\text{s}$, בהתאם למידות המסגרת.)

טעות נפוצה: לספור "תנודה" מקצה לקצה כמחזור שלם – זה רק חצי מחזור.

את שעון העצר מפעילים ועוצרים ביד, ולכן בכל מדידה יש אי־ודאות הנובעת מזמן התגובה של המודד (בהפעלה ובעצירה) ומהקושי לזהות בדיוק את רגע ההתחלה והסוף. אי־ודאות זו, $\Delta t$, היא בערך קבועה (לדוגמה כ־$0.2\,\text{s}$) ואינה תלויה באורך פרק הזמן הנמדד.

•אם מודדים מחזור אחד ($T\approx 0.9\,\text{s}$), אי־הוודאות היחסית היא בערך $\dfrac{\Delta t}{T}=\dfrac{0.2}{0.918}\approx 22\%$ – גדולה מאוד.

•אם מודדים 10 מחזורים ($10T\approx 9.2\,\text{s}$) עם אותה אי־ודאות $\Delta t$, אי־הוודאות היחסית היא $\dfrac{\Delta t}{10T}=\dfrac{0.2}{9.18}\approx 2.2\%$.

כשמחלקים את הזמן הנמדד ב־10, גם אי־הוודאות בזמן מחזור בודד מתחלקת ב־10: $\Delta T=\dfrac{\Delta t}{10}$. כלומר, אי־הוודאות היחסית בזמן המחזור קטנה פי 10, והתוצאה מדויקת יותר. (המספרים כאן להמחשה.)

בנוסף, מדידת זמן ארוך יותר מאפשרת "למצע" אי־סדירויות קטנות בין מחזור למחזור.

טעות נפוצה: לכתוב רק "כדי שיהיה מדויק יותר" בלי להסביר שאי־הוודאות המוחלטת נשארת בערך קבועה בעוד הגודל הנמדד גדל פי 10.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

המדידה זהה לזו של הכדור: מושכים את הפס כולו לכיוונכם (בניצב למישור המסגרת, בלי לסובב אותו), משחררים ממנוחה וסופרים 10 מחזורים מלאים. במצב זה שני החוטים נשארים מקבילים והפס נע "כמו כדור" – כל נקודותיו נעות על קשתות זהות.

לדוגמה, אם מדדתם $t_{10}=9.31\,\text{s}$:

שימו לב שזמן המחזור של הפס קרוב מאוד לזה של הכדור, אף שמסתו גדולה פי כ־10 – כצפוי מנוסחה 1, שבה המסה אינה מופיעה.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

מעבירים את קצות החוטים לחורים מספר 3 בלוח העליון ואת המהדקים הכחולים לפסים מספר 3 בפס המתכת, כך ש־$d=12\,\text{cm}$ (שני החוטים צריכים להישאר אנכיים ומקבילים). מבצעים את אותה מדידה של 10 מחזורים, ומחשבים $T=\dfrac{t_{10}}{10}$.

בשורה הראשונה של טבלה 2 מעתיקים את תוצאת הפס מטבלה 1 ($d=8\,\text{cm}$).

לדוגמה (ערכים להמחשה):

כצפוי, שינוי המרחק בין החוטים כמעט אינו משנה את זמן המחזור בתנודה במישור אנכי: אורך המטוטלת (המרחק מנקודות התלייה עד מרכז המסה) לא השתנה.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

מציבים את שני זמני המחזור מטבלה 1 בביטוי הנתון. לדוגמה, עם הערכים להמחשה $T_1=0.918\,\text{s}$ (כדור) ו־$T_2=0.931\,\text{s}$ (פס):

קביעה: ההפרש היחסי קטן מ־$5\%$, ולכן ניתן לקבוע שזמני המחזור של שני הגופים דומים.

הסבר: הכדור (20 גרם) ופס המתכת (195 גרם) תלויים על חוטים באורך כמעט זהה, ובתנודה במישור אנכי שתיהן מטוטלות "כובד": לפי נוסחה 1 זמן המחזור תלוי רק באורך המטוטלת ובתאוצת הכובד, ולא במסה. ההפרש הקטן שנמדד נובע מאי־ודאות המדידה (זמן תגובה) ומהבדל קטן במרחק מנקודת התלייה עד מרכז המסה של כל גוף.

אם בניסוי שלכם יצא הפרש גדול מ־$5\%$, המסקנה תהיה שלא ניתן לקבוע שהזמנים דומים – ויש לציין גורם אפשרי (למשל, הפס פגע בגומייה או סובב במהלך התנודה).

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

משתמשים באותו מבחן: מחשבים את ההפרש היחסי בין זמני המחזור בשתי השורות של טבלה 2 ($d=8\,\text{cm}$ ו־$d=12\,\text{cm}$). לדוגמה, עם הערכים להמחשה $T_1=0.931\,\text{s}$, $T_2=0.935\,\text{s}$:

קביעה: ההפרש היחסי קטן מ־$5\%$, ולכן זמני המחזור דומים – לא ניתן לקבוע שהשינוי במרחק בין החוטים השפיע על זמן המחזור.

הסבר פיזיקלי: בתנודה בניצב למישור המסגרת שני החוטים נעים יחד ומקבילים, והפס מתנהג כמטוטלת שאורכה הוא המרחק מנקודות התלייה עד מרכז המסה של הפס. המרחק $d$ בין החוטים אינו משנה אורך זה, ולכן (לפי נוסחה 1) אינו משנה את זמן המחזור.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

המדידה: מסירים את הפס, מניחים את הסרגל לאורכו ומודדים את $a$ – האורך הכולל מקצה לקצה; לאחר מכן מודדים את $b$ – העובי האופקי של הפס (הממד הקטן בתרשים 2, בניצב ל־$a$ ול־$c$). את הגובה $c$ אין צורך למדוד: הציר אנכי, ולכן $c$ מקביל לציר ואינו משפיע על מומנט ההתמד.

לדוגמה, אם מדדתם:

ומסת הפס הנתונה $M=195\,\text{g}=0.195\,\text{kg}$.

החישוב (נוסחה 3, אחרי המרה למטרים ולקילוגרמים):

שימו לב: $b^2$ קטן מאוד לעומת $a^2$ (פחות מ־$0.05\%$ מהסכום), ולכן מומנט ההתמד נקבע כמעט כולו על ידי האורך.

טעות נפוצה: להציב סנטימטרים וגרמים – התוצאה תצא ביחידות שגויות ($\text{g}\cdot\text{cm}^2$) ולא ניתן יהיה להשוות אותה לחישוב בשאלה 9.

אי־הוודאות היחסית מוגדרת כיחס בין אי־הוודאות במדידה לבין הגודל הנמדד:

את $a$ ואת $b$ מודדים באותו מכשיר – סרגל שהשנתה הקטנה בו היא $1\,\text{mm}$. לכן אי־הוודאות המוחלטת $\Delta x$ (בסדר גודל של שנתה אחת, או חצי שנתה) זהה בשתי המדידות.

אבל הרוחב קטן בהרבה מהאורך ($b\ll a$), ולכן אותה $\Delta x$ מהווה חלק גדול בהרבה ממנו. לדוגמה, עם הערכים להמחשה מסעיף א ו־$\Delta x=1\,\text{mm}$:

כלומר, ככל שהגודל הנמדד קטן יותר (ביחס לאי־הוודאות של המכשיר), אי־הוודאות היחסית גדולה יותר. (למזלנו, בנוסחה 3 $b^2$ זניח לעומת $a^2$, כך שאי־הוודאות הגדולה ב־$b$ כמעט אינה משפיעה על $I$.)

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

שיטת המדידה: אוחזים במוט העץ שבמרכז הפס ומסובבים את הפס בזווית קטנה סביב הציר האנכי שעובר במרכזו (קצה אחד של הפס מתקרב אליכם והשני מתרחק), כך שמרכז הפס נשאר במקומו. משחררים ממנוחה – הפס מתנודד בתנועת פיתול הלוך ושוב. מחזור מלא הוא חזרה למצב ההתחלתי (אותה זווית, אותו כיוון סיבוב). סופרים 10 מחזורים ומודדים את הזמן הכולל.

חשוב שהפס יסתובב בלבד ולא יתנדנד גם כמטוטלת – אחרת שתי התנועות מתערבבות ומקשות על הספירה.

לדוגמה, אם מדדתם $t_{10}=29.71\,\text{s}$:

שימו לב: כשהחוטים קרובים זה לזה ($d=4\,\text{cm}$) זמן המחזור ארוך בהרבה מבתנודה במישור אנכי – מומנט הכוח המחזיר קטן.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

לכל מרחק מעבירים את שני קצות החוטים לחורים המתאימים בלוח העליון (מספרים 2, 3, 4, 5 בצדדים הנגדיים של 0) ואת המהדקים הכחולים לפסים המתאימים בפס המתכת, כך שהחוטים יישארו אנכיים ומקבילים ובמרחק $d$ זהה למעלה ולמטה, והפס סימטרי סביב מרכזו:

בכל מרחק מבצעים את המדידה בדיוק כמו בשאלה 5 (סיבוב קטן באמצעות מוט העץ, שחרור ממנוחה, 10 מחזורים), ומחשבים $T=\dfrac{t_{10}}{10}$.

לדוגמה (ערכים להמחשה):

מגמה צפויה: ככל שהמרחק בין החוטים גדל, זמן המחזור קטן. כשהמרחק גדל פי 2 (למשל מ־$0.04$ ל־$0.08\,\text{m}$) זמן המחזור קטן בערך פי 2 – רמז לכך ש־$T$ ביחס הפוך ל־$d$ (נוסחה 4 בהמשך).

מחשבים לכל מדידה את ההופכי של $d$ (ב־$\text{m}$), כך שהיחידות הן $\frac{1}{\text{m}}$:

(ערכים אלה אינם תלויים במדידות שלכם – הם נקבעים מהמרחקים שבטבלה.)

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

- ציר אופקי – המשתנה המחושב $\frac{1}{d}\left[\frac{1}{\text{m}}\right]$, מ־0 עד כ־26. קנה מידה נוח: משבצת גדולה (1 ס"מ) = $2\,\frac{1}{\text{m}}$.

- ציר אנכי – זמן המחזור $T\,[\text{s}]$, מ־0 עד כ־3.2. קנה מידה נוח: משבצת גדולה = $0.2\,\text{s}$.

•לכל ציר: שם הגודל ויחידות, ושנתות במרווחים שווים. הצירים מתחילים מ־0 כדי לראות אם הקו עובר בראשית.

•מסמנים חמש נקודות $\left(\frac1d,\,T\right)$ מטבלה 3 – בלי לחבר ביניהן בקו שבור.

לדוגמה, עם הערכים להמחשה:

הנקודות מסתדרות בקירוב על קו ישר שעובר קרוב מאוד לראשית – כלומר $T$ עומד ביחס ישר ל־$\frac{1}{d}$ (יחס הפוך ל־$d$), כפי שצפוי מנוסחה 4. (קו המגמה בדיאגרמה מוסבר בשאלה 8.)

טעות נפוצה: לשרטט $T$ כפונקציה של $d$ (מתקבלת עקומה, לא קו ישר), או לבחור קנה מידה שבו כל הנקודות דחוסות בפינה של הדף.

המשתנה הבלתי תלוי: המרחק בין החוטים, $d$. זה הגודל שאנחנו קבענו ושינינו בכוונה מניסוי לניסוי (0.04, 0.08, ... 0.2 m), כדי לבדוק את השפעתו.

המשתנה התלוי: זמן המחזור, $T$ (נמדד בפועל כזמן של 10 מחזורים, $10T$). זה הגודל שאת ערכו מדדנו כתוצאה, וערכו נקבע על־ידי המערכת בהתאם ל־$d$ שבחרנו.

כל שאר הגדלים נשמרו קבועים (משתני בקרה): אורך החוטים $L$, הפס עצמו (מסה $M$ ומומנט התמד $I$), תאוצת הכובד, וזווית הסיבוב הקטנה בשחרור.

הערה: השאלה עוסקת בגדלים שנמדדו. $\frac1d$ הוא גודל מחושב מ־$d$ (שהצגנו על הציר האופקי כדי לקבל קו ישר), ולכן התשובה היא $d$ ולא $\frac1d$.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

קו המגמה: מעבירים קו ישר אחד שעובר "בין" הנקודות, כך שהן מפוזרות סביבו באופן שווה משני צדיו (לא חייבים שיעבור דרך נקודה מסוימת). עם הערכים להמחשה קו המגמה הוא בקירוב $T=0.1185\cdot\frac1d+0.006$ (ראו הדיאגרמה בשאלה 7).

חישוב השיפוע – בוחרים שתי נקודות רחוקות זו מזו על הקו (לא נקודות מדידה):

יחידות השיפוע: $\dfrac{[\text{s}]}{[1/\text{m}]}=\text{s}\cdot\text{m}$.

החיתוך עם הציר האנכי קרוב מאוד לאפס ($\approx 0.006\,\text{s}$, בגבול אי־הוודאות), כצפוי מיחס ישר $T=A\cdot\frac1d$.

טעות נפוצה: לחשב את השיפוע משתי נקודות מדידה, או לרשום יחידות $\frac{\text{s}}{\text{m}}$ במקום $\text{s}\cdot\text{m}$.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

קביעה: אפשרות א' – מתחתית החור העליון עד לחלקו העליון של פס המתכת.

נימוק: בנוסחה 4, $L$ הוא אורך החלק שנוטה מהאנך כשהפס מסתובב. כשהפס מסתובב בזווית $\theta$, נקודת החיבור התחתונה של כל "חוט" זזה על קשת שרדיוסה $\frac d2$, והחוט נוטה מהאנך בזווית $\varphi\approx\frac{(d/2)\theta}{L}$; הרכיב האופקי של המתיחות בחוט הוא שיוצר את מומנט הכוח המחזיר. לכן $L$ הוא המרחק בין נקודת התלייה (תחתית החור העליון) לבין המקום שבו מתחיל הגוף הקשיח המסתובב.

השאלה היא אפוא אם המהדק הוא חלק מהגוף הקשיח או חלק מה"חוט". במערכת הניסוי המהדקים אינם מקובעים לפס באופן קשיח – יש להם מידה מסוימת של חופש תנועה, ולכן הם מתיישרים בכיוון החוט ונוטים יחד איתו, כלומר מתנהגים כהמשך של החוט. במצב זה האורך האפקטיבי של החוט נמשך עד לפס המתכת עצמו – זו אפשרות א'.

(אם במערכת מסוימת המהדק מהודק היטב לפס ונע יחד איתו כגוף קשיח אחד, החוט מסתיים במקום חיבורו למהדק, ואז אפשרות ב' מתאימה. מאחר שרמת הקשיחות של המהדקים משתנה ממערכת למערכת, גם בחירה באפשרות ב' עם נימוק זה היא נימוק לגיטימי.)

המדידה: מודדים בסרגל, לכל חוט בנפרד, מתחתית החור בלוח העליון ועד לחלקו העליון של פס המתכת (כשהפס תלוי בשיווי משקל והחוטים מתוחים).

לדוגמה (ערכים להמחשה בלבד):

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

עם הערכים להמחשה מסעיף א:

(כדאי לרשום כבר במטרים – כך מציבים בנוסחה 4.)

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

זיהוי השיפוע: נוסחה 4 היא מהצורה

כלומר $T$ עומד ביחס ישר ל־$\frac1d$ (קו ישר דרך הראשית בגרף $T$ כפונקציה של $\frac1d$), והשיפוע הוא:

חילוץ $I$: מעלים בריבוע:

הצבה (ערכים להמחשה: $A=0.1185\,\text{s}\cdot\text{m}$ משאלה 8, $L=0.194\,\text{m}$ מסעיף ב; נתונים: $M=0.195\,\text{kg}$, $g=10\,\text{m/s}^2$):

(גם הצבה של $g=9.8\,\text{m/s}^2$ מקובלת; היא נותנת $I_2\approx 8.76\cdot10^{-4}\,\text{kg}\cdot\text{m}^2$ – הבדל של 2% בלבד.)

בדיקת יחידות: $\dfrac{(\text{s}\cdot\text{m})^2\cdot\text{kg}\cdot\text{m/s}^2}{\text{m}}=\text{kg}\cdot\text{m}^2$ ✓

התוצאה באותו סדר גודל כמו $I_1$ שחושב מהמידות בשאלה 4 – סימן שהשיטה עובדת.

טעות נפוצה: להציב את $L$ בסנטימטרים או את $M$ בגרמים, או לשכוח להעלות את השיפוע בריבוע.

שימו לב: בשאלון זה אתם מבצעים את הניסוי בעצמכם, ולכן התוצאות תלויות במדידות שלכם. המספרים בפתרון שלהלן הם ערכים להמחשה בלבד (סבירים פיזיקלית), ולא נתוני השאלון.

עם הערכים להמחשה $I_1=9.36\cdot10^{-4}\,\text{kg}\cdot\text{m}^2$ (שאלה 4) ו־$I_2=8.94\cdot10^{-4}\,\text{kg}\cdot\text{m}^2$ (סעיף ג):

הפרש של כמה אחוזים בין שתי שיטות שונות לגמרי (מידות גיאומטריות לעומת מדידות דינמיות של זמן) מעיד על התאמה טובה בין התאוריה לניסוי.

•נוסחה 3 מניחה פס מלבני אחיד, ואילו המערכת המסתובבת כוללת גם את ארבעת המהדקים ואת מוט העץ, שאינם נכללים בחישוב (והפס עשוי להיות לא אחיד לגמרי). לחלופין – אי־ודאות במדידת $a$ בסרגל: $I_1\propto a^2$, ולכן אי־ודאות יחסית ב־$a$ מוכפלת פי 2 ב־$I_1$.

•אי־ודאות במדידת האורך הממוצע של החוטים $L$ – למשל הבחירה בין אפשרות א' לב' (הפרש של כסנטימטר מתוך כ־19 ס"מ משנה את $I_2$ בכ־5%, כי $I_2\propto\frac1L$), או חוטים שאינם באורך שווה. לחלופין – אי־ודאות בזמני המחזור (זמן תגובה, זוויות פיתול שאינן קטנות, תנודה מעורבת עם נדנוד), שמשפיעה על השיפוע $A$, ו־$I_2\propto A^2$.

קביעה: כן – התאוריה מנבאת שזמן המחזור של מטוטלת הפיתול הדו־חוטית אינו תלוי במסת הגוף.

נימוק: בנוסחה 4 המסה מופיעה במכנה, אבל גם מומנט ההתמד $I$ שבמונה תלוי במסה. מציבים את נוסחה 3, $I=\dfrac{M(a^2+b^2)}{12}$, בנוסחה 4:

המסה $M$ מצטמצמת. זמן המחזור תלוי רק באורך החוטים $L$, במרחק ביניהם $d$, במידות הגוף $a,b$ ובתאוצת הכובד $g$ – ולא במסה.

הסבר פיזיקלי: מומנט הכוח המחזיר נוצר ממתיחות החוטים, שפרופורציונית למשקל $Mg$; וההתמדה הסיבובית (מומנט ההתמד) פרופורציונית גם היא ל־$M$. הגדלת המסה מגדילה את שניהם באותו יחס, ולכן התאוצה הזוויתית – וזמן המחזור – לא משתנים. זה בדיוק המקביל לנימוק במטוטלת המתמטית ($mg$ לעומת $m$).

הסתייגות: אי־התלות היא במסה כשמידות הגוף ופיזור המסה בו קבועים (למשל אותו פס מחומר צפוף יותר). זמן המחזור כן תלוי באופן פיזור המסה – במידות $a$ ו־$b$.

התשובה תלויה בניסוי שאתם ביצעתם בכיתה. כדי לקבל ניקוד מלא יש לכתוב שם ברור ומטרה מדויקת – אילו גדלים נבדק הקשר ביניהם (ולא רק "ללמוד על..."). להלן דוגמה מלאה:

שם הניסוי: החוק השני של ניוטון.

מטרת הניסוי: לבדוק את הקשר בין תאוצתה של מערכת לבין הכוח השקול הפועל עליה (כשמסת המערכת קבועה), ואת הקשר בין התאוצה לבין מסת המערכת (כשהכוח השקול קבוע) – ובכך לבדוק את החוק $\Sigma F=ma$.

תיאור קצר: קרונית נעה על מסילה אופקית, ומחוברת בחוט העובר מעל גלגלת למתלה עם משקולות התלוי אנכית. משקל המתלה הוא הכוח המניע את המערכת. בחלק אחד מעבירים משקולות מהקרונית אל המתלה (המסה הכוללת קבועה, הכוח משתנה), ובחלק השני מוסיפים משקולות לקרונית (הכוח קבוע, המסה משתנה) – בידוד משתנים.

(דוגמאות אחרות מתאימות: התנגשות בשני ממדים – בדיקת שימור תנע ואנרגיה; תנועה הרמונית של קפיץ – תלות זמן המחזור במסה; וכו'.)

יש לסרטט את המערכת שבה השתמשתם ולסמן בשם כל פריט. בדוגמה של החוק השני של ניוטון התרשים כולל:

- מסילה אופקית – מונחת על השולחן ומפולסת.

- קרונית על המסילה, ועליה משקולות (מסה $M$).

- חוט קל המחובר לקרונית, אופקי לאורך המסילה.

- גלגלת בקצה המסילה (בקצה השולחן) שהחוט עובר מעליה; אליה מחובר חיישן תנועה סיבובית (או: חיישן תנועה / שער אור).

- מתלה עם משקולות קטנות (מסה $m$) התלוי בקצה החוט באופן אנכי.

- אוגר נתונים / מחשב המחובר לחיישן, שמציג את המקום והמהירות כפונקציה של הזמן.

בסרטוט: המסילה כקו אופקי, הקרונית כמלבן עליה, החוט מהקרונית ימינה אל הגלגלת (עיגול בפינת השולחן) ומשם אנכית כלפי מטה אל המתלה, וכבל מהחיישן שבגלגלת אל אוגר הנתונים. ליד כל פריט כותבים את שמו.

בדוגמה של החוק השני של ניוטון, חלק א – תלות התאוצה בכוח השקול, כשמסת המערכת קבועה:

- מסות הקרונית, המתלה וכל אחת מהמשקולות – נמדדו במאזניים.

- מקום (או מהירות) הקרונית כפונקציה של הזמן – נמדדו בחיישן התנועה הסיבובית שעל הגלגלת. מתוך גרף המהירות־זמן (שיפועו) נקבעה התאוצה $a$ בכל הרצה.

•בכל הרצה הועברה משקולת מהקרונית למתלה, וכך השתנה הכוח המניע $mg$ (משקל המתלה) בעוד המסה הכוללת $M+m$ נשארה קבועה.

(יש להבחין בין גדלים שנמדדו – מסה, מקום, זמן – לבין גדלים שחושבו מהם – כוח, תאוצה.)

בדוגמה: לכל הרצה חושבה התאוצה (שיפוע גרף המהירות כפונקציה של הזמן) והכוח המניע $F=m_{\text{מתלה}}\,g$. התוצאות הוצגו בדיאגרמת פיזור של התאוצה $a$ כפונקציה של הכוח $F$, והועבר בה קו מגמה ישר.

התקבל קו ישר העובר (בקירוב) דרך הראשית – כלומר התאוצה ביחס ישר לכוח השקול. לפי $a=\frac{F}{M_{\text{כוללת}}}$, שיפוע הקו הוא $\frac{1}{M_{\text{כוללת}}}$, והשוואתו להופכי של המסה הכוללת שנמדדה במאזניים היא בדיקה כמותית של החוק השני. (חיתוך קטן עם הציר מעיד על חיכוך.)

מזהים כל רכיב לפי אופן חיבורו במעגל:

- המלבן העליון – מד מתח (וולטמטר, V). העיגול העליון מחובר בשתי נקודות משני צדי הסוללה, כלומר במקביל לה – כך מחברים מד מתח. הוא מודד את מתח ההדקים $V$ של המקור.

- המלבן השמאלי – מד זרם (אמפרמטר, A). העיגול השמאלי מחובר בטור בענף היחיד של המעגל, כך שכל הזרם עובר דרכו – כך מחברים מד זרם.

- המלבן האמצעי (ליד סמל הסוללה) – מקור מתח / סוללה, בעל כוח אלקטרו־מניע $\varepsilon$ והתנגדות פנימית $r$ (הגדלים שהניסוי נועד למצוא).

- המלבן התחתון – נגד משתנה (ריאוסטט) עם מגע נייד (גררה) – החץ הנוגע בנגד. הזזת הגררה משנה את ההתנגדות החיצונית ובכך את הזרם במעגל.

מד הזרם: יורה אפס. ניתוק הגררה פותח את המעגל – הנגד המשתנה הוא חלק מהענף היחיד של המעגל, ובלעדיו אין מסלול סגור לזרם. לכן $I=0$.

מד המתח: יורה את הכא"מ, $\varepsilon$. מד המתח מחובר ישירות להדקי המקור, ומודד את מתח ההדקים:

כאשר $I=0$ אין מפל מתח על ההתנגדות הפנימית ($Ir=0$), ולכן:

(בהנחה שמד המתח אידיאלי – התנגדותו גדולה מאוד, כך שהזרם הזעיר דרכו זניח.)

זו אגב דרך פשוטה למדוד את הכא"מ ישירות – הוא נקודת החיתוך של גרף $V$ כפונקציה של $I$ עם ציר המתח.

הזרם במעגל נקבע לפי:

כאשר $R$ היא ההתנגדות של קטע הנגד המשתנה שבין הגררה לבין הקצה המחובר למעגל. בתרשים 3 הנגד מחובר למעגל בקצהו הימני, ולכן ככל שהגררה רחוקה יותר מהקצה הזה (קרובה לקצה השמאלי), $R$ גדולה יותר והזרם קטן יותר.

אם מתחילים כשהגררה קרובה לקצה המחובר, $R\approx 0$ והזרם הוא בקירוב זרם קצר $\frac{\varepsilon}{r}$ – גדול מאוד. זרם כזה עלול לפגוע במד הזרם (לחרוג מתחום המדידה שלו), לחמם את הנגד ואת הסוללה ולפרוק אותה במהירות.

לכן מתחילים כשהגררה במצב של התנגדות מרבית (זרם מזערי), ובכל מדידה מזיזים אותה בהדרגה ומקטינים את $R$, וכך מגדילים את הזרם באופן מבוקר ומקבלים טווח רחב של זוגות $(I,V)$ לגרף.