Вивчення закону збереження механічної енергії

Мета роботи: порівняти, наскільки зменшується потенціальна енергія тіла під час падіння і наскільки збільшується потенціальна енергія пружини, до якої прикріплене це тіло.

Обладнання: Штатив універсальний, затискач, тримач для гир з прорізами, гиря з прорізом, динамометр(к=20 Н/м), мірна стрічка.

Теоретичні відомості

Для системи тіл закон збереження механічної енергії формулюється так:

повна механічна енергія замкнутої системи тіл, між якими діють консервативні сили, залишається постійною. Якщо підняти вантаж, який висить на гачку динамометра так, щоб пружина була не розтягнена, то потенціальна енергія вантажу відносно, наприклад, поверхні стола дорівнює . Під час падіння вантажу (опускання на відстань ) потенціальна енергія вантажу зменшиться на а енергія пружини під час її деформації збільшиться на

 

Виконання роботи

 

1. Зберіть установку.

2. Закріпіть в штативі спіральну пружину за допомогою кріпильного гвинта.

3. За допомогою тримача для скляних трубок та термометрів закріпіть мірну стрічку у вертикальному положенні.

4. Прикріпіть листок паперу до мірної стрічки.

5. Підвісьте до пружини тримач для гир масою 10 г.

6. Горизонтальною рискою позначте на папері початкове положення кінця пружини з

тримачем і біля рисочки поставте цифру 0.

7. Добавте на тримач для гир 2 тягарця масою 50 г і позначте нове положення пружини рискою.

8. Виміряйте розтягнення пружини .

9. Повторіть експеримент 3 рази. Одержані результати занесіть до таблиці.

№	Подовження пружини , м		Потенціальна енергія тіла , Дж	Потенціальна енергія пружини , Дж

 

10. Обчисліть середнє значення подовження пружини .

11. Знайдіть значення потенціальної енергії тіла та пружини, до якої прикріплене це тіло, за формулами і .

12. Оцініть похибку експерименту, порівнявши відношення з одиницею, тобто знайдіть відносну похибку .

Висновок:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Контрольні питання

1. За яких умов виникає сила пружності?

2. Що характерне для пружини з більшою пружністю?

3. Чи співпадають ваші результати вимірювань з коефіцієнтами пружності (жорсткістю), зазначеними в переліку обладнання?

4. Чим відрізняються графіки залежності сили пружності від подовження для різних пружин? Чому?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 3

Визначення модуля пружності гуми

 

Мета роботи: експериментально перевірити закон Гука і визначити модуль пружності (модуль Юнга)

Обладнання: Штатив, затискач, мірна стрічка, динамометр - 4Н, штангенциркуль з ноніусом, гумова смужка довжиною 20 см з дротяними петельками.

Теоретичні відомості

Характерна ознака твердого тіла – його здатність зберігати форму. Однак під дією зовнішніх сил тверді тіла можуть змінювати форму і розміри.

Здатність деформованого тіла відновлювати початкову форму і об'єм після закінчення дії сили деформації називають пружністю. У тілі під час його деформації і в результаті неї розвиваються сили, які забезпечують відновлення форми і розмірів тіла. Ці сили називають силами пружності. Максимальна напруга , за якої ще справедливий закон Гука, називають межею пропорційності. Гранична деформація, за якої тіло ще зберігає пружні властивості, називається межею пружності і задається у вигляді граничної пружної напруги - . Дослід показує, що у разі малих деформацій механічна напруга прямо пропорційна відносному видовженню (Закон Гука, ділянка ОА на мал. 1):

Якщо зовнішнє навантаження таке, що напруга в тілі перевищує межу пружності, то після зняття навантаження зразок хоч і вкорочується, але не набуває попередніх розмірів, тобто лишається деформованим. Зі збільшенням навантаження деформація зростає дедалі швидше. За деякого значення напруги , що відповідає на діаграмі точці С, видовження зростає майже без збільшення навантаження. Це явище називають плинністю матеріалу (ділянка СD). Крива на діаграмі проходить при цьому майже горизонтально. Зі збільшенням деформації крива напруг починає трохи підніматися і досягає максимуму в точці Е. Потім напруга швидко спадає і зразок руйнується (точка К). Отже, розрив настає після того, як напруга досягне максимального значення , що називається межею міцності.

Модуль пружності (Юнга) речовини, з якої складається деформоване тіло, характеризує стійкість матеріалу до пружної деформації розтягу (стиснення):

де сила пружності, площа поперечного перерізу гумової смужки (якщо переріз гуми круглий: ), довжина гумової смужки без навантаження, довжина гумової смужки після деформації під навантаженням.

Виконання роботи

1. За допомогою штангенциркуля виміряйте ширину а і товщину b поперечного перерізу гумової смужки (або діаметр d, якщо переріз гуми – круг) і обчисліть площу S.

2. Зберіть установку.

3. Виміряйте її початкову довжину l₀.

4. Прикріпіть до гумової смужки динамометр і розтягуйте гуму. Виміряйте силу пружності F, яка виникає від розтягу гуми на 5, 10, 15, 20 мм.

5. Результати вимірювань запишіть у таблицю.

№	а, м	b, м	d, м	S, м^2	l0, м	F, H	, м	Е, Па		, Па
							0,005
							0,010
							0,015
							0,020

 

6. За даними досліду побудуйте графік залежності розтягу гуми від прикладеної сили .

 

 

7. Виділіть на графіку прямолінійну ділянку і в межах цієї ділянки для трьох-чотирьох значень сили обчисліть модуль пружності E_сер.

8. Визначте інструментальні похибки вимірювальних приладів і похибки відліку. Обчисліть максимальні абсолютні похибки вимірювань величин Δ F, D а, D b, D(d), D l₀, Δ(l- l₀).

Максимальні абсолютні похибки вимірювань

 

Δ а, м	Δ b, м	Δ d, м	Δ l0, м	Δ F, H	Δ(l-l0), м

 

9. Обчисліть відносну похибку вимірювання модуля пружності гуми (для розтягу гуми на 20 мм) за формулою: ,

якщо переріз гуми: Круг ;

Прямокутник .

10. Обчисліть абсолютну похибку вимірювання модуля пружності гуми за формулою:

. Результати обчислень запишіть у таблицю.

11. Запишіть результати з урахуванням похибки вимірювання у вигляді: .

12. Порівняйте отриманий результат з табличним значенням модуля пружності для гуми.

 

Висновок:_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Контрольні питання

1. Чому збільшується потенціальна енергія іграшкової повітряної кулі, яка піднімається вгору? Чи не суперечить це закону збереження енергії?

2. Чому потенціальна енергія піднятого тіла є відносною величиною?

3. Чому поняття «потенціальна енергія» застосовується не для всіх систем?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 4