Краткая теория
Закон сохранения энергии в замкнутой системе: полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию и обратно.
W=Wk+Wп=const
Порядок выполнения работы
1
.
Привяжите груз к нити, другой конец нити
привяжите к крючку динамометра и измерьте
вес груза F1
= mg
(можно использовать массу груза, если
она известна).
2. Измерьте расстояние l от крючка динамометра до центра тяжести груза.
3. Поднимите груз до высоты крючка динамометра и отпустите его. Поднимая груз, расслабьте пружину и укрепите фиксатор около ограничительной скобы.
4. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение Δl пружины.
5. Растяните рукой пружину до соприкосновения фиксатора с ограничительной скобой и отсчитайте по шкале максимальное значение модуля силы упругости пружины. Среднее значение силы упругости равно F/2.
6. Найдите высоту падения груза. Она равна h =l + Δl.
7. Вычислите потенциальную энергию системы в первом положении груза, т.е. перед началом падения, приняв за нулевой уровень значение потенциальной энергии груза в конечном его положении: E'p = mgh = F1(l + Δl).
8. В конечном положении груза его потенциальная энергия равна нулю. Потенциальная энергия системы в этом состоянии определяется лишь энергией упругодеформированной пружины:
Вычислите ее.
Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу:
F = mg |
1 |
Δl |
F |
h =l + Δl |
E'p = F1(l + Δl). |
|
|
|
|
|
|
|
|
10. Сравните значения потенциальной энергии в первом и втором состояниях системы и сделайте вывод.
Требования к содержанию отчета
Отчет должен содержать:
название лабораторной работы;
цель работы;
оборудование;
порядок выполнения работы;
вывод;
ответы на контрольные вопросы.
Контрольные вопросы
Сформулируйте закон сохранения энергии
Какие силы называются консервативными?
По какой формуле определяется кинетическая энергия тела?
Лабораторная работа № 3
Изучение зависимости периода колебаний
математического маятника от его длины
Цель: выяснить, как зависят период и частота свободных колебаний нитяного маятника от его длины.
Место проведения: кабинет физики
Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, шарик с прикрепленный к нему нитью, часы с секундной стрелкой, лента измерительная.
Виды самостоятельной работы: проведение эксперимента, заполнение значениями физических величин таблицы, выполнение тестового задания, решение задач.
Краткая теория
Математическим маятником называют тело небольших размеров, подвешенное на тонкой нерастяжимой нити, масса которой пренебрежимо мала по сравнению с массой тела. Математический маятник представлен на рисунке:
Принцип действия математического маятника заключается в том, что при отклонении материальной точки от положения равновесия на малый угол α, такой, чтобы выполнялось условие sinα=a, на тело будет действовать сила F = -mgsinα = -mga. Знак минус указывает, что сила направлена в сторону, противоположную смещению. Сила F пропорциональна смещению S, следовательно, под действием этой силы материальная точка будет совершать гармонические колебания.
Гармонические колебания - это колебания, колеблющаяся величина которых изменяется со временем по закону синуса или косинуса. Период колебания математического маятника определяется по формуле:
.