Слов'янський державний педагогічний університет

Слов'янський державний педагогічний університет

4. ВИМІРЮВАННЯ ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ ОБЕРТОВОГО ДИСКА 13

ПОРІВНЯННЯ РОБОТИ СИЛИ ПРУЖНОСТІ ЗІ ЗМІНОЮ КІНЕТИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ТІЛА

Мета: експериментально довести, що робота сили, прикладеної до тіла, дорівнює зміні його кінетичної енергії: А = DЕ.

Устаткування: динамометр, кулька, лінійка з міліметровими діленнями, нитка, штатив - 2 шт., ваги, гирі, листи білого і копіювального паперу.

Для експерименту використовують установку, зображену на рис.6.

На штативах закріплюють динамометр і лапку для кульки на однаковій висоті над поверхнею столу. До динамометра прив'язують кульку за допомогою нитки завдовжки близько 60 см Кульку поміщають на лапку іншого штатива і, утримуючи кулька на лапці, штатив відсовують на таку відстань від першого штатива, щоб на кульку діяла сила пружності з боку динамометра F = 2Н. Вимірявши за допомогою лінійки подовження пружини динамометра х, кульку відпускають.

Сила пружності пружини здійснює роботу, і кулька починає рухатися із швидкістю v по параболі до моменту удару об стіл. На місце передбачуваного приземлення кульки поміщається аркуш паперу, а згори його - копірка. Кінетична енергія кульки змінюється від 0 до _

Масу кульки визначають зважуванням, а швидкість його польоту обчислюють за формулою:

Сила пружності у момент дії на кульку змінюється лінійно від Fупр = 2Н до Fупр2 = 0, середнє значення сили пружності рівне:

Таким образом, робота, що здійснюється силою пружності, рівна:

Робота сили, прикладеної до тіла, викликає зміну його кінетичної енергії. і при цьому справедлива рівність:

2. Утримуючи кулька на лапці, відсовуйте штатив до тих пір, поки показання динамометра стануть рівними 2 Н.. Виміряти деформацію пружини динамометра х за допомогою лінійки.

3. Відпустите кульку. Потім виміряйте дальність польоту кульки l і висоту його падіння h. Проведіть дослід три рази для точнішого знаходження місця падіння, вичислите l ср.

4. Визначите масу кульки за допомогою терезів і, користуючись розрахунковими формулами (3) і (4), знайдіть зміну кінетичної енергії кульки DЕ_к і роботу сили пружності А. Результати вимірів і обчислень занесіть в таблицю.

5. Перевірте справедливість рівності (5) і зробіть висновки.

Примітка: для g = 10м/с2, (g = 0,02м/с² абсолютні інструментальні погрішності засобів виміру.

Примітка: для зручності запису DЕ_к замінено рівноцінним вираженням (Е_к2 – Е_к1).

3. Результат запишіть у вигляді подвійних нерівностей, підставивши замість буквених позначень числові значення:

Для цього на осі відкладете інтервал енергії згори, а інтервал роботи знизу. Якщо інтервали не перекриваються, то результати неоднакові, а якщо перекриваються - однакові при цій відносній погрішності вимірів.

1. Чому в цьому досліді роботу змінної сили пружності можна обчислювати як середнє арифметичне?

2. Чи можна рахувати цю лабораторну установку замкнутої систе-мой? Які сили діють на кульку в процесі проведення досліду?

У справедливості закону збереження імпульсу можна переконатися, досліджуючи зіткнення двох куль з відомими масами на установці, зображеній на рис.4.

Для повідомлення першої кулі імпульсу в горизонтальному напрямі використовують похилий лоток з горизонтальною ділянкою. Шар встановлюють у верхній частині лотка і відпускають. Скотившись з лотка (при запуску без зіткнення), куля рухається по параболі до удару з площиною столу. Швидкість V₁ уздовж осі ОХ під час вільного падіння не змінюється, оскільки немає сил, діючих на кулю в цьому напрямі

де l _1ср дальність польоту кулі 1 при запуску без зіткнення, м;

t –час польоту, с. Час можна знайти з вираження:

Так, щоб вичислити швидкість V першої кулі при запуску

без зіткнення, треба виміряти дальність польоту l _1ср і висоту його падіння h.

Визначивши швидкість першої кулі до зіткнення, ставлять на краю лотка другу кулю і запускають перший так, щоб удар припавши строго по центру. Після зіткнення в горизонтальному напрямі з лотка злітають обидві кулі і рухаються по параболі в одній площині до удару з поверхнею столу. Їх швидкості після зіткнення можна знайти після формул:

де l'_1ср - дальність польоту першої кулі після зіткнення, м;

l'_2cр - дальність польоту другої кулі після зіткнення, м.

За законом збереження імпульсу (друга куля покоїлася до удару),

Правильність цього співвідношення необхідно перевірити в цій роботі.

1. За допомогою терезів визначите маси куль m₁ і m₂ (m₁ > m₂).

2. Зміцните лоток в лапці штатива так, щоб горизонтальна частина лотка знаходилася на висоті h = 20 см від поверхні столу. На столі перед лотком покладете аркуш білого паперу, а на нього - лист копіювальної.

3. Візьміть кулю з більшою масою т1, встановите його у верхнього краю лотка і відпустите. Дослід повторите 3 вражай для досягнення точнішого результату. Знайдіть середню відстань l_ср

і вичислите для першої кулі швидкість V₁, використовуючи розрахункову формулу (3), а також імпульс m₁ v₁.

4. Встановите на краю горизонтальної частини другу кулю і здійсните запуск першої кулі. По відмітках на папері знайдіть дальності польотів куль l ₁' і l₂' (см рис.4). Дослід повторите 3 рази. Визначите середні значення дальності польотів куль l' _cр и l₂'_ср.

5. Вичислите швидкості куль V'₁ і V2 ' після зіткнення, використовуючи формули (4) і (5), а також їх імпульси m₁/V'₁ и m₂/V'₂.

6. Перевірте правильність співвідношення (6), результати вимірів і обчислень занесіть в таблицю.

Для виконання цієї роботи використовують установку, зображену на рис.1. Якщо тіло, прикріплене до нитки, відвести на деякий кут (точка 1 на малюнку) і відпустити, то воно починає здійснювати коливання. У момент проходження тілом положення рівноваги (точка 2 на малюнку) рівняння динаміки має вигляд:

можна записати формулу для розрахунку лінійної швидкості тіла V:

де R - радіус дуги кола, яке описує тіло, проходячи положення рівноваги (м); g = 9,81. (м/с2) - прискорення вільного падіння. Так, щоб вичислити значення лінійної швидкості, необхідно:

1) за допомогою динамометра визначити силу тяжіння F_t, діючу на тіло в стані спокою;

2) виміряти силу пружності F_ynp, використовуючи для цього динамометр з фіксатором; фіксатор - це пластинка з пінопласту або шматка пробки, укріплений на стержні динамометра між стрілкою і скобою так, що може переміщатися по ньому вільно, майже без тертя;

3) за допомогою лінійки виміряти радіус дуги кола R, яке описує тіло, проходячи положення рівноваги; R - ця відстань від фіксатора до центру тяжіння підвішеного вантажу.

1. Зберіть експериментальну установку, як показано на мал. 1.

2. Підвісьте тіло на нитці до динамометра і виміряти силу тяжіння F

3. Прикріпите фіксатор до стержня динамометра і опустите його вниз до зіткнення із скобою.

4. Акуратно, щоб не зрушити фіксатор, відведіть тіло на невеликий кут убік і відпустіть. Визначте F і радіус дуги R; по якій рухалося тіло, проходячи стан рівноваги.

5. За допомогою розрахункової формули розрахуйте швидкість тіла V в самій нижній точці траєкторії.

6. Збільште кут відхилення тіла. Зробіть усі необхідні виміри і обчислення для цього досліду.

7. Результати вимірів і обчислень занесіть в таблицю.

1. Чому значення лінійної швидкості тіла в цьому досліді визначають саме у момент проходження тілом стану рівноваги (тобто для самої нижньої точки траєкторії)?

2. Як впливає кут відхилення тіла на результат досліду?

1.3-4 разу вистрілити з пістолета вгору. Визначайте і записуйте значення максимальної висоти польоту.

2. Знайдіть середнє значення максимальної висоти польоту.

3. З формули h_maх = V₀²/2g отримаєте формулу для розрахунку Розрахуйте її значення:

4. Встановите пістолет горизонтально на штативі (дивися мал. 3) на висоті 40-50 см

5. Точно виміряти висоту, з якою ви "стрілятимете", h =___________

6. Розрахуйте теоретично дальність польоту. Вважати, що опір повітря відсутній.

З формули визначення висоти _. Розрахуйте час падіння. Знаючи час і початкову швидкість, визначите дальність польоту:

7. Визначите дальність польоту на досліді на заданій висоті. Для цього: зробіть попередній постріл; зверніть увагу, де падає "снаряд" або кулька; покладіть на це місце коробку з піском (можна аркуш чистого паперу, а згори аркуш копіювального паперу); на піску або при ударі об копіювальний папір, "снаряд" залишить свій слід. Це дозволить точно визначити дальність польоту S.

8. Зробіть 4-5 пострілів. У кожному випадку точно визначайте дальність польоту S (від точки А див. мал. 1 до місця падіння "снаряда").

9. Знайдіть середнє значення дальності польоту

10. Порівнявши результати досліду з теоретичними розрахунками, зробити висновок: як рухається тіло, кинуте горизонтально.

Вантаж підвішують на пружину динамометра, як показано на малюнку 2, і приводять в рух по колу. Вимірюють масу вантажу, радіус обертання, період обертання. Чисельно визначають доцентрову силу, яка примушує важок рухатися по колу. Одночасно цю силу вимірюють динамометром. А потім порівнюють теоретичний і експериментальний результат. Роблять висновок про справедливість другого закону Ньютона дня тіла, що рухається по колу.

УСТАТКУВАННЯ: динамометр, вантаж, годинник з секундною стрілкою або метроном, вимірювальна стрічка.

2. Закріпите тіло на нитці завдовжки 30-40 см Другий кінець нитки пропустите через металеву трубку, укріплену на планці динамометра, і прив'яжіть до гачка пружини (дивися мал. 2).

3. Приведіть тіло в рух по колу в горизонтальній площині. Встановите таку швидкість обертання, при якій сила пружності нитки дорівнює 2 Н.

4. Вимірять час t, за яке тіло здійснює по колу 20 оборотів (N = 20). Дослід повторите три рази.

5. Розрахуйте період звернення по формулі Т = t/N для трьох дослідів.

6. Виміряйте радіус кола R = l ₀ + х, де l₀ — довжина нитки від трубки до середини тіла (до початку досліду), х — довжина розтягування пружини під час досліду.

7. Розрахуйте доцентрове прискорення по формулі:

8. Розрахуйте доцентрове прискорення по формулі:

9. Знайдіть відношення доцентрової сили до сили пружності в трьох випадках (пам'ятаєте F_упр = 2Н).

10. Результати оформите у вигляді таблиці і зробіть висновок про справедливість другого закону Ньютона при русі тіла по колу.

У СТАТКУВАННЯ: динамометр, мірна стрічка, дерев'яна лінійка, штатив, брусок, нитка.

1. В якості похилої площини використовуйте дерев'яну лінійку, що встановлюється одним кінцем на штативі (дивися малюнок 5).

2. Встановите лінійку з вантажем і поступово, піднімайте один кінець до тих пір, поки брусок не почне ковзати рівномірно.

1. Повільно піднімаючи і опускаючи лінійку, домагайтеся, щоб вантаж ковзав по лінійці рівномірно вниз.

2. Точно вимірять довжину і висоту похилої площини.

1. Розташуєте дерев'яну лінійку горизонтально.

2. На неї покладете дерев'яний брусок, сполучений ниткою завдовжки 25-30 см з динамометром.

2. Однією рукою тримаєте брусок, а інший натягуйте динамометр. Виміряйте силу F і розтягування пружини х.

3. Відпустите брусок. Він проїде деяку відстань S і зупиниться.

4. Експеримент повторите кілька разів, записуючи значення F, x, S.

Робота сили тертя А дорівнює потенційній енергії розтягнутої пружини

Прирівняємо А = Е_п і виведемо формулу для розрахунку коефіцієнта тертя μ.

7. Порівняєте зі значенням μ отриманим першим способом. Результати дослідів запишіть.

1. Який спосіб визначення коефіцієнта тертя точніший?

2. Чи виконується в процесі виміру к-та тертя іншим способом закон збереження енергії (за результатами роботи)?

1. В якості похилої площин використовуйте дерев'яну лінійку, закріплену в штативі.

2. Закріпите лінійку, як показано на малюнку 5.

3. Встановите кут похилої площини близько 30 градусів.

5. Прикріпите до вантажу динамометр, яким можна тягнути вантаж по лінійці.

1. Динамометром визначите вагу бруска. Усі результати записуйте в таблицю.

2. Рівномірно піднімаючи брусок по похилій площині, визначите силу тяги.

3. Покладіть на брусок один вантаж вагою в 1 Н (у наступних дослідах два, три вантажі), і повторите досвід, записуючи масу бруска, що рухається, з вантажами і силу, що додається.

4. Виміряйте висоту і довжину похилої площини.

5. Розрахуйте ККД похилій площині по формулі ККД = 100%ˑ mgh/F l

6. Розрахуйте середнє значення ККД і запишіть в таблицю результати роботи.

Слов'янський державний педагогічний університет

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: