Эксперимент в физике. Физический практикум. - Шутов В. И.
ISBN:5-9221-0632-5
Скачать (прямая ссылка):
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 2
Целью работы является установление на опыте равноускоренного характера движения грузов на машине Атвуда, а также расчет ускорения свободного падения д
Теоретическое введение
Если считать, что сила сопротивления воздуха пренебрежимо мала, то для падения любого тела второй закон Ньютона выглядит как
т? = та.
Отсюда независимо от массы g = а. Это свободное падение. Все тела таким образом свободно падают с одним ускорением.
Время свободного падения тела с высоты
2/Г
к
1м t
0,45 с. Такой проме-
жуток очень трудно измерить. Организовать большие высоты падения в лаборатории практически невозможно. Эти трудности позволяет избежать машина Атвуда. Она замедляет движение до «удобных скоростей». Конструкция ее следующая: через легкий блок перекинута нить, на которой закреплены грузы массой М каждый. На один из них кладется перегрузок массой т (рис. 1). Грузы движутся равноускоренно с одинаковыми ускорениями. Согласно второму закону Ньютона имеем
(Ма = Т~ Mg,
\ (А/ + ш)а = (А/ + - Т,
Отсюда
2М -
(1)
При т = 0,1 М (так фактически в эксперименте) а рение а существенно меньше g.
Рис. 1.
0, 05 g, т. е. уско-
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ В ПОЛЕ ЗЕМНОГО ТЯГОТЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА
22
Исследование прямолинейного движения тел на машине Атвуда
Экспериментальная часть
Экспериментально а определяется так: измеряется секундомером время t, за которое груз М проходит перемещение h вниз, которое измеряется обычной миллиметровой линейкой.
Далее по формуле равноускоренного движения с начальной скоростью v0 = О
2h
а = —. /;2
В эксперименте для пяти различных высот h производятся пять измерений времени t.
a t2 t2
Так как h = -—, обозначая у = /г, х = — при а = const получим
у = а х .
Рис. 2.
На графике в осях х ш у это прямая линия. По этому графику (рис. 2) для произвольной точки М определяются жм, Ум и ускорение а, как
Далее, используя (1), можно определить
(2М + т)а
g = ±-^.
Данные для построения графика у (х) заносятся в таблицу:
Исследование прямоланейного движения тел на машине Атвуда 23
/і, м іі, с І2, С із, с І А, С и, с Ді2,с2
Примечание. При проведении эксперимента необходимо учесть и исключить силу трения в оси блока. Поэтому сначала определяют наибольшую величину «страгивающего перегрузка» т, еще не вызывающего движение системы.
Обработка результатов измерений
Для каждой строки таблицы вычисляется точка с « координатами» хну по следующей схеме:
1. Вычисление І.
- _ t1+t2+tз+t4+t5 _ д _ , \Д*1 ~ *)2 + • • • + (*5 ~ *)2 _
5 5
Л^ = ^/А*?луч + А^риб » Д*случ + А^приб
За А^ПрИб следует принять 0,2 с (реакция на включение-выключение секундомера).
2. Вычисление точки графика. — — 1?
у = /г, х = —, А у = А/г = 1 мм. е(у) = ^ , ф) = 2ф) = ^ , Аж = е(х) х = г Д*.
У *
Записывается окончательное значение для точки графика: х = х ± Ах ; е(х) = ...%, у = у±Ау; е(у) = ...%.
24 Исследование прямолинейного движения тел на машине Атвуда
- 2М + ж -
g = ——— а,
т
2М + т т{2М + т)
Средние значения масс и их погрешности должны быть известны. Окончательный результат: g = g ± Ag = ..., е(^) = ... %.
Выводы
Если | g — #табл | ^ ЗА#, результат достоверный.
Контрольные вопросы
• Какое движение называется свободным падением?
• От чего зависит и чему равно ускорение свободного падения?
• Оцените массу Земли.
• В чем преимущество предложенного метода исследования движения тел в поле земного тяготения?
• При каких упрощающих предположениях выведена формула (1)?
• Чем обусловлены случайные погрешности в данной экспериментальной работе?
3. Построение графика. Вычисление а.
Линия графика проводится так, чтобы она пересекала «прямоугольники» ошибок оптимальным образом (рис. 2). Для произвольной точки графика определяются значения х и у и вычисляется значение ускорения а:
_ X
а = -. у
Далее вычисляются относительная и абсолютная погрешности и записывается окончательный результат:
е (а) = е(у) + е(х), А а = г (а) а,
а = а± Да, г (а) = ...%.
4. ВыЧИСЛеНИе
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 3
Целью работы является исследование поведения силы сухого трения при движении тела по наклонной плоскости, а также расчет коэффициента трения скольжения /1 в этом случае.
Теоретическое введение
Трение — неизбежное следствие молекулярного строения тел и обусловлено образованием и разрывом молекулярных связей в зонах микроконтактов тела и поверхности. Возникающие при этом на молекулярно - атомном уровне многочисленные явления существенно затрудняют создание общей теории трения.
1. Тело на горизонтальной плоскости. В случае сухого трения сила трения возникает не только при скольжении одной поверхности по другой, но и при попытке вызвать такое скольжение. В последнем случае она называется силой трения покоя.
Сила трения покоя равна силе, пытающейся вызвать скольжение, до момента начала скольжения (рис. 1 а).
Р* р.
К
V О
