Изучение движения тела под действием постоянной силы

(по наклонной плоскости).

 

Цель работы: 1) доказать, что движение тела- равноускоренное;

2) вычислить ускорение движения.

Оборудование: штатив, направляющая рейка, каретка, секундомер с двумя датчиками.

Схема установки (зарисовать в тетради):

На тело действуют 3 силы. Если геометрическая сумма сил больше нуля, тело движется с ускорением.

 Согласно второму закону Ньютона

Ход работы:

1. Установить направляющую рейку при помощи штатива под углом 30⁰(h=22 см).

2. К секундомеру подключить датчики. Один датчик установить на расстоянии 6 см от начала рейки. Второй- датчик будет устанавливаться на расстоянии 25см, 30см, 35см.

3. Каретку устанавливаем на направляющую рейку так, чтобы магнит располагался на расстоянии менее 1 см от первого датчика.

4. Отпустить каретку и определить время движения каретки между датчиками. Опыт повторить 3 раза. Результаты измерений записать в таблицу.

Таблица

№ серии	S, м	t., c	tср., c	a, м/с^2	aср., м/с^2		, м/с^2
1	0,25	t1= t2= t3=
2	0,30	t1= t2= t3=
3	0,35	t1= t2= t3=

 

Обработка результатов:

1. При движении с ускорением, (если v₀=0)

Должно выполняться соотношение

Проверьте выполнение этого равенства. Сделайте вывод.

2. По результатам опытов вычислите ускорение: 

;

Результаты занесите в таблицу.

3. Вычислите максимальную относительную погрешность:

4.Вычислите абсолютную погрешность:

5. Сделайте вывод.

 

Лабораторная работа № 2

 Изучение закона сохранения импульса и реактивного движения

Цель работы: экспериментальная проверка закона сохранения импульса на примере соударения двух шаров.

Приборы и принадлежности: установка с подвешенными шарами.

 

    Установка состоитиздвух шаров 1 и 2 (рис.2.1), подвешенных на практичес­ки нерастяжимых нитях длиной l. Электро-магнит 3 может удерживать правый шар в отклоненном положе­нии. Отклонение шаров от положения равновесия отс­читывается по круговой шкале 4. Электронный блок 5 включает и выключает магнит и измеряет время взаимодействия шаров.

 

 

Вывод расчётной формулы

 Для экспериментальной проверки закона сохранения импульса на данной установке необходимо определить скорости шаров в момент, непосредственно предшествующий удару, и скорости шаров послеих соударения. На установке правый шар с массой m₁ отводят от по­ложения равновесия на угол a₀ (рис. 2.2) и отпускают. Скорость этого шара перед ударом можно определить по углу его отклонения от вертикали, исходя из закона сохранения энергии:

              (3) Высоту можно выразить через угол :

Для малых углов ,          тогда    .

Подставляя полученное выражение для h в уравнение (2.7), находим скорость первого шара в момент, непосредственно предшествующий удару

 

                                     (4)

 

По аналогичной формуле можно определить и скорости шаров после удара   

и                      (5)

    Для этого нужно определить углы, на которые отклоняются шары пос­ле удара  и .

На установке можно изучать абсолютно упругий и неупругий удары. В эксперименте скорости шаров после удара направлены вдоль той же прямой, что и скорость первого шара до удара - по горизон­тали вдоль оси x (рис.2.2).

Закон сохранения импульса для абсолютно упругого и неупругого ударов можно записать в про­екции на ось x в скалярной форме, учитывая, что до удара второй шар покоился, и :

,

4

 

Выражая скорости шаров через углы отклонения по формуле (2.9 и 2.10) и учитывая, что на данной установке , получаем расчетные формулы для проверки закона сохранения импульса для абсолютно уп­ругого (6) и неупругого (7) ударов:

                                  (6)

,                                   (7) 

 

где - угол отклонения правого шара в начальный момент,   и - углы отклонения правого и левого шара от вертикали после абсолютно упругого удара, - угол отклонения шаров после абсолютно неупругого удара.

 

Ход работы

1. Нажмите клавишу «сеть».

2. Отожмите клавишу «пуск»

3. Прижмите правый шар к электромагниту.

4. Определите начальный угол отклонения правого шара

5. Нажмите клавишу «сброс» (при этом на цифровом табло высвечиваются нули).

6. Нажмите клавишу «пуск» и измерьте углы, на которые отклоняются шары от положения равновесия сразу после удара   и . Измерения углов повторите не менее 3 раз. Данные измерений зане­сите в таблицу 1.

 

Так как одному наблюдателю невозможно определить сразу два значения, то рекомендуется поступить так: сначала измерить угол отклонения одного шара , затем произвести повторный удар из того же начального положения  и измерить угол отклонения второго шара .

 

7. Результаты измерений занесите в таблицу

Таблица 1.

 

№	Угол отклонения град.	Угол отброса правого шара   град.	D   град.	Угол отброса левого шара град.	D   град.
1. 2. 3.

 

Вычисления

1. Найдите средние значения углов ,   и  для абсолютно упругого удара,  и  для абсолютно неупругого удара.

2. Проверьте выполнение закона сохранения импульса. Закон считается выполненным, если разность между импульсами системы до и после удара не превышает погрешности измерений. На данной уста­новке импульсы шаров пропорциональны углам отклонений. Поэтому следует проверить равенство  для абсолютно упругого удара и  для абсолютно неупругого удара, т.е. убедить­ся, что разность между левыми и правыми частями уравнений меньше погрешностей в измерении углов

Контрольные вопросы

1. Что называется импульсом материальнойточки (тела)?

2. Что называется импульсом системы тел?

3. Сформулируйте закон сохранения импульса. Какая система тел называется замкнутой?

4. Какой удар называется абсолютно упругая и какой абсолютно неупругим?

5. Сформулируйте законы сохранения импульса и механической энергии для абсолютно упругого удара.

6. Сформулируйте законы сохранения импульса и энергии для абсолютно неупругого удара.

 

Лабораторная работа № 3