Лабораторная работа № 2.
Тема: Изучение движения тела по окружности под действием под
действием силы тяжести и силы упругости
Цель: выполнить расчет равнодействующей силы, действующей на
подвешенное на нити тело, при его равномерном движении по
окружности и проверить результаты расчета экспериментально.
Оборудование: - шар с отверстием, нить,
- измерительная линейка,
- лист бумаги,
- секундомер,
- рычажные весы с разновесами.
Теория
Согласно второму закону Ньютона, тело движется равномерно по окружности, со скоростью 
радиуса r,
если равнодействующая всех сил, действующих на тело, перпендикулярна вектору скорости, а значит ее модуль можно подсчитать по формуле:
(1)
Используя кинематическую формулу скорости вращательного движения материальной точки 
(2) учтем, что 
,
где n - число оборотов, а t – время этих оборотов и для центростремительного ускорения получим формулу: 
(3), тогда формула равнодействующей силы принимает вид: 
(4)
При вращении тела по окружности, подвешенного на нити, на него действуют сила тяжести FT и сила упругости Fy. Как видно из рисунка, их равнодействующая может быть найдена и другим способом:
(5), где 
(6)
В данной лабораторной работе проведем эксперимент и сравним его результаты с теоретическими расчетами
Порядок проведения работы
1. Пропустите нить через шар и отметьте на нити длину l = 30 - 35 см, начиная отсчет от центра шара.
2. Положите лист бумаги на стол и начертите окружность радиусом r = 15 см.
3. Расположите шар над центром начерченной окружности. Постепенно раскручивая шар, добейтесь его равномерного вращения по окружности радиусом 15 см (см. рис.).
4. Измерьте время t за которое шар делает п = 25-30 оборотов.
5. Вычислите центростремительное ускорение по данным эксперимента используя формулу (3) 
6. Используя формулу (6) рассчитайте значение 
.
7. Рассчитайте центростремительное (теоретическое) ускорение шара, по формуле
(g считать равным 9,8 м/с2).
8. Используя рычажные весы, определите массу груза (шарика).
9. Рассчитайте, согласно формуле второго закона Ньютона, значение равнодействующей силы
а) используя экспериментальное ускорение аэ: Fэ = maэ
б) используя расчетное (теоретическое) ускорение ар : Fт = maт
10. Все итоги опыта и расчетов занесите в отчетную таблицу.
| r, м | l, м |
|
м/с2
| число оборотов n | время вращения t, с | м/с2
| Fт = maт, Н | Fэ = maэ, Н |
11. Сделайте вывод, сравнив экспериментальное и расчетное значение
равнодействующей силы действующей на тело (шарик). Совпадают ли они?
Если есть расхождение, объясните почему?
Контрольные вопросы:
1) Используя правила вычисления относительной погрешности, оцените ошибку
ваших экспериментальных данных относительно расчетных значений.
Прокомментируйте итоги расчетов.
2) Какие силы заставляют двигаться тело (шарик) по окружности?
3) Куда направлена равнодействующая сил, которые заставляют шарик
двигаться по окружности (покажите на рисунке). Каковы направления векторов
этой силы и ускорения по отношению друг к другу
4) В работе исследуют движение тела по окружности с постоянной по модулю
скоростью, почему же при этом возникает ускорение?
Литература рекомендуемая для подготовки к лабораторной работе и сдачи зачета:
1) Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н. Н. Учебник «Физика-10»,
М.:Просвещение 2003 г, § 19-21, 26-27;
2) Дмитриева В. Ф. «Основы физики» - курс лекций, М: «Высшая школа» 1997 г.
лекция №1,2,3;