-намотать на ось маятника нить подвески, обращая внимание на то, чтобы она наматывалась равномерно, один виток при другом;
-фиксировать маятник в верхнем положении, обращая внимание на то, чтобы нить в этом положении не была слишком скручена;
- записать высоту:
- отпустить маятник и одновременно включить секундомер:
- измерить значение времени первого падения маятника;
- опыт повторить 10 раз, а затем посчитать среднее время по формуле:
t = (1 / n)S t1
< t > = t1 + t2 + t3 + / n
где n – количество выполненных замеров;
t1 – значение времени, полученное в i-том замере;
< t > - среднее значение времени падения маятника.
- со шкалы на вертикальной колонке прибора определить длину маятника;
- используя формулу (10) и известные значения диаметров:
Dо = 10мм, D n =0.5мм определить диаметр оси вместе с намотанной на ней нитью;
-по формуле (9) вычислить массу маятника вместе с актуально наложенным кольцом. Значение масс отдельных элементов нанесенных на них;
-по формуле (8) определить момент инерции маятника.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.
1. Каков характер движения маятника Максвелла?
2. Записать уравнение центра тяжести диска, уравнение моментов диска.
3. Кинетическая энергия диска, совершающего плоское движение.
4. Примените закон сохранения энергии к маятнику Максвелла.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Хайкин С. “Физические основы механики” М. физматиздат 1962г.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ В ПОЛЕ СИЛЫТЯЖЕСТИ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Ознакомление с законами прямолинейного равноускоренного движения. Экспериментальное определение ускорения силы тяжести..
ТЕОРИТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.
Механическое движение – это перемещение со временем одних материальных тел относительно других. В механике для описания реальных движение тел, которые почти всегда оказываются достаточно сложными, пользуются различными упрошенными моделями. К ним относятся, в частности, материальная точка и абсолютно твердое тело.
Материальной точкой называется тело, при изучении движения которго можно отвлечься от всех его свойств, кроме массы (размеры и форму можно не принимать во внимание).
Абсолютно твердым телом в механике называют такую идеализированную систему материальных точек, при любых движениях которой взаимные расстояния между материальными точками системы остаются неизменными (деформации тела пренебрежительно малы). При поступательном движении твердого тела любая прямая, связанная с ним, остается параллельной самой себе. Все точки абсолютно твердого тела движутся по одинаковым траекториям, т.е. это движение полностью характеризуется заданием движения какой-либо одной точки тела.
Для задания закона движения материальной точки необходимо знать либо три ее координаты x, y, z как функции времени t.
х = х(t), у = у(t), z = z(t) (2.1.)
либо радиус-вектор, проведенный из начала координат в эту точку, как функцию времени:
(2.2)
Первый способ описания движения называется координатным, второй – векторным. Три уравнения (2.1.) или эквивалентное им одно уравнение (2.2.) называется кинематическими уравнениями движения точки.
Основными кинетическими характеристиками движения являются скорость и ускорение. Скорость – физическая величина, характеризующая изменение положения точки в пространстве. Средняя скорость движения
(2.3)
где ∆r – изменение радиуса-вектора за время.
Мгновенной скоростью точки называется первая производная от радиуса-вектора по времени.
(2.4)
Мгновенная скорость всегда направлена по касательной траектории движения точки.
Ускорение характеризует изменение скорости за единицу времени.
(2.5)
Мгновенным ускорением называется первая производная от вектора скорости по времени или вторая производная от радиуса – вектора по времени.
(2.6)
Движение с постоянной скоростью называется равномерным. Закон равномерного прямолинейного движения.
(2.7)
Если движение происходит вдоль оси х, то
x=x0-vt (2.8)
Пройденный путь S=x-x0, т.е.
S=vt (2.9)
Причем v=const.
Движение с постоянным ускорением называется равнопеременным. Если ускорение а > 0 то, движение называется равноускоренным. Закон равноускоренного прямолинейного движения:
(2.10)
Скорость
(2.11)
Причем a=const.
Если точка движется вдоль оси х, то
(2.12)
или
(2.13)
(2.14)
где ax=const.
Основными понятиями динамики поступательного движения тела является понятие сил F и массы m. Сила – физическая величина, характеризующая взаимодействие тел, в результате которого они приобретают ускорение или деформируются. Опыт показывает, что одинаковая сила сообщает разным телам разные по величине ускорения. Всякое тело противиться изменить его состояние движения. Это свойство тел называется инертностью. Для количественной характеристики инертности служит физическая величина, называемая массой тела.
Основным законом динамики движения материальной точки является второй закон Ньютона, который гласит, что изменение импульса точки пропорционально приложенной действующей силе и проходит по направлению действия силы.
(2.15)
где 
– импульс точки.
Если масса во время движения не изменяется, второй закон Ньютона можно записать в виде
(2.16)
При движении в поле силы тяжести в уравнениях (2.10-2.16)
→ →
a = g
2.2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ
В настоящей работе для исследования прямолинейного равноускоренного движения используется установка J04271.
Ее общий вид на рис.1.
На вертикальной колонне I, закрепленной на основании2 закреплены 2 кронштейна: неподвижный нижний кронштейн – кронштейн 4 и один подвижный кронштейна 3, а также верхняя втулка 5.
Основание оснащено регулируемыми ножками,, которые позволяют произвести выравнивание положения прибора.
На верхней втулке, закреплен электромагнит 6
Электромагнит, после подведения к нему питающего напряжения удерживает систему с грузиком в состоянии покоя.
Верхний кронштейн можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в любом положении, устанавливая таким образом длину первого отрезка пути равноускоренного движения и второго. Для облегчения определения этих путей на колонке имеется миллиметровая шкала, и кронштейны имеют указатель положений,
На верхнем кронштейне закреплен фотоэлектрический датчик. Нижний кронштейн тоже оснащен фотоэлектрическим датчиком с оптической осью на уровне указателя положения кронштейна, после пересечения которой нижней гранью падающего грузика образуется электрический сигнал, сигнализирующий прохождение грузиками определенного пути.
К установке подключен таймер. Если отключить магнит,то шарик массой m, получит ускорение свободного падения под действием силы тяжести mg и, передвигаясь с этим ускорением пройдет путь h1и h2 На груз будет действовать сила тяжести (если пренебречь силами трения).
Из уравнения (13) с учетом того, что начальная скорость движения v0=0, имеем:
(2.17)
где t1– время, за которое груз h1;
2.3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ
1. Нажать клавишу «Сеть».
2. Переместить петеключатель (Attract/Release) в положение «Attract» и поместить стальной шарик под магнит. Согласовать нижнюю грань груза(шарика) с нулевой позицией нанесенной на верхнем кронштейне.
3. На Переместить петеключатель (Attract/Release) в положение «Release».
4. Записать измеренное значение времени движения на пути h1 и на пути h2,
5. Измерение повторить несколько раз и определить значение времени <t> для каждого участка.
6. По формуле (2.17) найти значение ускорения силы тяжести.
7. Определить относительную погрешность измерения по формуле
(2.18)
где g- ускорение силы тяжести, найденное в работе;
gT - теоретическое значение силы тяжести.
Полученные результаты занести в таблицу 1.
| № | h1 | t1 | <t1> | g м/с2 | h2 | t2 | <t1> | g м/с2 |
2.4. КОНТОРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Кинематические характеристики поступательного движения: скорость и ускорение.
2. Динамические характеристики поступательного движения: масса и сила.
3. Основной закон динамики поступательного движения.
4. Методика определения ускорения силы тяжести в данной лабораторной работе.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. М., 1989.
2. Савельев И.В. Курс физики. Т.1, М.,1989.
3. Физический практикум под редакцией В.И. Ивероновой. М., 1968.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7