Тема Изучение закона сохранения механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости

цель работы

0. Научиться измерить полную энергию тела, колеблющегося на пружине, и на основании закона сохранения энергии вычислять

максимальную скорость груза

Оборудование: динамометр, измерительная линейка, штатив лабораторный, грузы массой 100 г – 2 шт.

Указания к работе

1. На колеблющиеся грузы действуют две силы: постоянная сила тяжести и переменная сила упругости пружины.

2. Потенциальная энергия грузов увеличивается либо за счет совершения работы против силы тяжести по поднятию грузов, либо за счет работы по растяжению пружины. Поэтому наибольшего числового значения потенциальная энергия достигает в верхнем и нижнем положениях грузов, а наименьшего – в момент их прохождения положения равновесия.

3. Кинетическая же энергия грузов максимальна в момент прохождения ими положения равновесия, а минимальна в верхнем и нижнем их положениях.

4. Полная энергия колеблющихся грузов относительно их положения равновесия равна их максимальной потенциальной энергии Е_р или максимальной кинетической энергии Е_к.

5. В этой работе в качестве колеблющегося тела можно взять стальной или латунный цилиндр с крючком из набора тел для калориметра.

Технология выполнения работы

• измерить жесткость пружины динамометра, для этого:

к пружине подвесить груз и измерить вызванное им удлинение пружины;

на основании закона Гука вычислить жесткость пружины:

k = F_упр / x = mg / x

(сила тяжести mg уравновешивает силу упругости F_упр)

• затем собрать установку, закрепив в лапке штатива динамометр, с подвешенными к его пружине двумя грузами, сделать рисунок;

• с помощью линейки отметить положение равновесия грузов, подвешенных к пружине динамометра

• оттянуть грузы вертикально вниз, например на 5 см от положения их равновесия, и отпустить

• при колебании грузов наблюдать периодическое изменение их скорости и взаимные превращения кинетической и потенциальной энергии;

• рассчитать Е_р = kA² / 2, Е_к = mv²_мах / 2

где m – масса грузов, v_мах – модуль максимальной скорости грузов, k – жесткость пружины, А – амплитуда колебаний грузов

• на основании закона сохранения механической энергии Е_р = Е_к, т.е. kA² / 2 = mv²_мах / 2

• найти модуль максимальной скорости грузов, v_мах

• результаты измерений и вычислений записывают в тетрадь

• сделать вывод

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

2. Дайте определение работы силы, в каких единицах измеряется?

3. В чем заключается физический смысл работы?

4. При каких условиях работа положительна, отрицательна, равна нулю?

5. Какую энергию называют потенциальной?

6. Почему потенциальная энергия минимальна на поверхности Земли?

7. От чего зависит потенциальная энергия деформированной пружины?

8. Дайте определение кинетической энергии тела.

9. В каких единицах измеряется кинетическая энергия?

10. Сформулируйте определение средней мощности. В каких единицах измеряют мощность?

11. Чему равна мгновенная мощность?

12. К каким величинам относится мощность: скалярным или векторным?

13. В каких системах выполняется закон сохранения механической энергии?

Индивидуальное задание:

Решите 2 задачи на данную тему из сборника задач и вопросов по физике Р.А.Гладковой или ответите на 5 вопросов по данной теме.