Лабораторні роботи 1 курс

-шкала з електромагнітом розміщена паралельно до площини руху тіл (праве тіло (куля), відхилене до центру електромагніту, після звільнення рухається паралельно шкалі).

-праве тіло (куля) підвішене так, що при відхиленні вправо, його центр співпадає з центром вісі електромагніту (при необхідності: виконати регулювання положення тіла, змінюючи довжину підвісу та положення голки підвісу на нитках підвісу);

-центр лівого тіла знаходиться на такій же висоті як і центр правого тіла (кулі) і відстань лівої голки підвісу від шкали така ж як і відстань голки правого тіла (кулі) (при необхідності, виконати регулювання положення тіла змінюючи довжину підвісу та положення голки підвісу на нитках підвісу).

3.1.2.2Перевірка загальної працездатності обладнання

Виконати наступні дії:

1.Вставити вилку електричного шнура блоку ФМ1 в розетку 1− XS1 лабораторного стенду і ввімкнути на ньому вимикач 1− SF1 (загорається сигнальна лампа 1− HL2 стенду, вмикається табло індикації ФМ1 та електромагніт).

2.Відхилити праву кулю (П) до електромагніту (кулька фіксується в центрі осердя електромагніту; вісь голки підвісу співпадає з площиною ниток підвісу та площиною шкали; нитки підвісу не провисають і мають однаковий натяг).

3.Встановити необхідне положення електромагніту (відкрутивши штопорний гвинт кріплення електромагніту, перемістити його відносно шкали

так, щоб кінець голки підвісу правої кулі співпав з αп1 , заданим в таблиці 1, зафіксувати положення електромагніту).

4.Привести ліве тіло в вихідний стан (тіло не коливається; голка його підвісу знаходиться проти початкової поділки шкали; горизонтальні відстані від шкали кінців голо підвісу лівого і правого тіл однакові).

5.На блоці ФМ1 натиснути кнопку «Пуск» і провести спостереження (електромагніт вимикається; права куля звільняється і ударяє в центр лівого тіла; після удару тіла рухається паралельно шкалі).

6.Натиснувши кнопку «Сброс», на блоці ФМ1, привести обладнання у початковий стан (на індикаторі висвітлюються нулі; електромагніт ввімкнений).

Лабораторне обладнання готове до проведення досліджень.

51

3.2 Завдання

1.Дослідити закони збереження імпульсу при центральному співударі двох куль.

2.Дослідити закон збереження енергії при центральному співударі двох

куль.

втрат механічної енергії при їх співударі.

3.2.1 Виконання експериментальних досліджень.

Дослідження №1.

1. Зафіксувати праву кулю (П) на електромагніті (куля фіксується в центрі електромагніту; вісь голки підвісу співпадає з поділкою шкали αп1 , вказаною в

таблиці 1, та з площинами ниток підвісу і шкали; нитки не провисають і мають однаковий натяг).

2.Привести ліве тіло (Л) в вихідний стан (тіло не коливається; голка підвісу знаходиться проти початкової поділки шкали; горизонтальна відстань кінця голки від шкали така як і відстань голки правої кулі).

3.Натиснувши на блоці ФМ1 кнопку «Пуск», провести спостереження

руху тіл. Використовуючи шкалу, визначити найбільші відхилення лівого αл2 і правого αп2 тіл після співудару. Результати записати у відповідні графи таблиці 1.

4.Повторити виконання пунктів 1-3, згідно таблиці 1.

5.Результати експериментальних досліджень показати викладачеві.

Дослідження №2.

1.На ліву голку підвісу встановити тіло, згідно дослідження №2 (центр лівого тіла знаходиться на такій же висоті як і центр правої кулі).

2.Виконати пункти 1-5, дослідження №1.

Дослідження №3.

1.На ліву голку підвісу встановити тіло, згідно дослідження №3 (центр лівого тіла знаходиться на такій же висоті як і центр правої кулі).

2.Виконати пункти 1-5, дослідження №1.

52

Дослідження №4

1.На ліву голку підвісу встановити тіло, згідно дослідження №4 (центр лівого тіла знаходиться на тій же висоті як і центр правої кулі).

2.Виконати пункти 1-5, дослідження №1.

Після затвердження викладачем результатів експерименту, вимкнути вимикач 1-SF1, вийняти вилку шнура з розетки 1-XS1, та привести обладнання в початковий стан.

3.2.2 Виконання розрахунків та побудова графіків.

Примітка: Результати розрахунків записувати у відповідні графи таблиці 1.

співударах.

2.Використовуючи формулу (9) розрахувати механічні (кінетичні) енергії

Етіл безпосередньо перед (індекс 1) та після співудару (індекс 2), сумарні

За результатами розрахунків побудувати графік залежності відносних

значень, переданого другій кулі, імпульсу від співвідношення мас m2

m1

взаємодіючих куль. (Мал.3).

53

4. Побудувати графік залежностей відносних втрат механічної енергії

на мал. 4).

Примітка. На мал. 4 приведені теоретичні графіки залежності,

непружного (С = 1), та абсолютно пружного (С = 0) співударів .

∆p2 p1

mл = m2 mп m1

Мал.3 – Графік залежності відносних значень, переданого другій кулі,

55

∆E

E

mл = m2 mп m1

Мал. 4. Графік залежності відносних втрат механічної енергії ∆E від

E

1 – удар абсолютно непружний (С = 1),

2 – удар абсолютно пружний (С = 0)

3.2.3. Аналіз отриманих результатів та висновки

1. Співставляючи експериментальні значення p1 і p2 та оцінюючи

величини абсолютної ∆p та відносної ∆p зміни сумарного імпульсу системи

p1

56

двох куль(тіл) при їх співударі зробити висновок про дієвість закону збереження імпульсу (4, 6, 19) – mлυл1 + mпυп1 = mлυл2 + mпυп2

2. Співставляючи експериментальні значення E1 і E2 та оцінюючи

величини абсолютної ∆E та відносної ∆E зміни сумарної механічної енергії

E1

системи двох куль (тіл) при їх співударі, зробити висновок про дієвість закону

- про вплив величини співвідношення мас m2 , взаємодіючих куль (тіл), m1

на відносну величину втрат сумарної механічної енергії ∆E системи куль (тіл)

E1

при їх співударі;.

-про ступінь непружності досліджених співударів куль.

4.Контрольні запитання та завдання

4.1 Контрольні запитання

1.Що таке імпульс тіла?

2.Дайте визначення кінетичної і потенціальної енергії поступального

руху.

3.Дайте визначення замкнутої системи тіл.

4.Сформулюйте закон збереження імпульсу, та умови його виконання.

5.Сформулюйте закон збереження механічної енергії та умови його виконання.

57

6. Приведіть приклади прояву та використання динамічних закономірностей, що мають місце при ударі на судні.

4.2 Контрольні завдання

1.Уміти пояснити будь-які дії виконані при проведенні експерименту, розрахунках, побудові графіків, аналізі отриманих результатів, формулюванні висновків та використані закономірності.

2.Куля масою 2 кг летить з швидкістю 5м/с і ударяє нерухому кулю масою 8 кг. Удар прямий непружний.

2.1Визначити швидкість куль після удару.

2.2Визначити величину втраченої механічної енергії (витраченої на нагрівання куль) при ударі.

3.Молот масою 5 кг, рухаючись з швидкістю 10 м/с, ударяє в нерухому деталь масою 20 кг. Удар непружний.

3.1Який імпульс буде мати деталь після удару?

3.2Яку кінетичну енергію буде мати деталь після удару?

4.Молоток масою 1 кг, рухаючись з швидкістю 10 м/с, ударяє в нерухому деталь масою 20 кг. Удар непружний і продовжується на протязі 0,01с. З якою середньою силою діє молоток на деталь?

5.Молотком масою 1 кг ударяють по гвіздку і забивають його на 5 см. Сила тертя, що діє на гвіздок, постійна – 50Н. Удар непружний. Яка швидкість молотка?

Література

1.Воловик П.М. Фізика: Підручник для університетів. – К.: Ірпінь: Перун,

2005. – 864с. – с.59 – 91.

2.Кучерук І.М. і ін. Загальний курс фізики: Т.1: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с. – с. 32 – 57, 63 – 86.

3.Зачек І.Р. і ін. Курс фізики. – Львів: Бескид Біт, 2002. – 376с. – с.7 – 16.

58

Лабораторна робота №4 Тема: Дослідження законів кінематики та динаміки обертального руху.

Мета: 1. Формувати уміння проводити експериментальні дослідження. 2. Формувати переконання в дієвості законів кінематики та динаміки

обертального руху.

Обладнання: лабораторний стенд, пристрій лабораторний «Маятник Обербека» ФМ-14М (пристрій ФМ-14М, електронний блок ФМ1/1, рухомі вантажі 0,114кг – 4 шт., нитка з основним вантажем масою 0,05 кг та калібровані вантажі: 0,01 кг – 1 шт, 0,02 кг –2 шт, 0,05 кг – 1шт.).

Міри безпеки

1.До роботи з пристроєм лабораторним «Маятник Обербека» ФМ-14М допускаються особи, ознайомлені з його будовою, принципом дії, мірами безпеки та отримавші допуск викладача до виконання лабораторної роботи.

2.Пристрій повинен бути заземленим.

3.Зміну режиму роботи та вимірювання виконувати строго у відповідності з пунктами 3.1.2.2 та 3.2.1.

4.До шківів, вантажу, нитки та хрестовини не прикладати великих

зусиль.

5.Пристрій вмикати тільки на час перевірки його працездатності та досліджень.

6.При виявленні неполадків, виконання лабораторної роботи припинити, пристрій вимкнути (вимкнути вимикач 1-SF1 на лабораторному стенді) та повідомити викладача.

1.Теоретичні відомості

1.1 Основні поняття та закономірності кінематики обертального руху. 1.1.1 Основні поняття.

Обертальним рухом тіла навколо нерухомої осі називають рух, при якому всі точки тіла рухаються по колах з центром на осі і їх площини перпендикулярні осі.

Радіус обертання точки тіла

тіла.

Кутове переміщення ϕ (рад., град.) – вектор, чисельно рівний куту

повороту радіусу обертання R точки тіла і направлений вздовж осі обертання за правилом правостороннього гвинта.

Кут повороту ϕ – кут повороту радіуса обертання R точки тіла.

59

Кутова швидкість ω – вектор, чисельне значення якого, характеризує швидкість зміни кутового переміщення, а напрям співпадає з поступальним

рухом правостороннього гвинта (ω ϕ).

Модуль кутової швидкості ω = ddtϕ

Частота обертання n – кількість обертів за одиницю часу

Період обертання T – час, за який тіло робить один оберт

T = 1n = 2ωπ , [c]

Миттєве кутове прискорення ε тіла характеризує швидкість зміни його кутової швидкості в заданий момент часу

ε – вектор, який лежить на вісі обертання, а напрям визначається знаком

ω =ω0 + ∫t ε dt

0

де ω0 – початкова кутова швидкість тіла (швидкість при t = 0).

Кутова швидкість тіла при рівноприскореному русі

ω =ω0 +εt