4.4. Определение ускорения свободного падения
Из формулы (18) предыдущего параграфа получаем
g = 2s/t2 (22)
Используя результаты измерений в предыдущем опыте (4.3) вычислите g. Сравните полученные значения с табличным (21), определив процент отклонения экспериментального значения от табличного:
=[(2s/t2 - 9.81)/ 9.818]100% .
Сделайте вывод.
5. Контрольные вопросы
1. Сформулируйте цель работы.
2. Определение скорости и ускорения, их единицы измерения и физический смысл.
3. Определение равномерного прямолинейного движения. Формула пути.
4. Определение равноускоренного движения. Формулы пути и скорости.
5. Второй закон Ньютона. Единицы измерения силы и массы, их физический смысл.
6. Вывод формулы для ускорения движения двух связанных тел, подвешенных на нити, перекинутой через блок.
7. Как проверяется закон пути?
8. Как проверяется второй закон Ньютона?
9. Как проверяется закон скорости при свободном падении?
10. Как определяется ускорение свободного падения в данной работе?
Литература
Айзенцон А. Е. Курс физики. — М.: Высш. шк., 1996.
Трофимова Т.И. Курс физики. — М.: Высш. шк., 1994.
Лабораторная работа №3
Проверка закона Гука
1. Цель работы
Проверка закона Гука методом экспериментального определения модуля Юнга из растяжения стальной проволоки и сравнение экспериментального значения с табличным.
2. Теория работы
Деформация – это изменение формы, размера тела под действием сил или других факторов (например, нагревания). Деформация, исчезающая после прекращения действия внешних сил, называется упругой. При упругой деформации в теле возникают силы упругости, которые препятствуют изменению его формы. Простейшей деформацией является растяжение стержня (проволоки) вдоль ее оси (рис. 1) под действием внешней силы F.
По третьему закону Ньютона
F = -F (1)
Сила упругости стержня уравновешивает приложенную силу.
Рис. 1
Удлинение проволоки l при упругой деформации прямо пропорционально ее длине l, деформирующей силе F и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:
(2)
или
(3)
Отношение удлинения l к первоначальной длине называют относительным удлинением и обозначают через , то есть
=
(4)
Отношение силы F к площади поперечного сечения S обозначают через
=
(5)
и называют механическим напряжением. Эта величина определяется такой же формулой, как и давление P
P = ,
поэтому ее также измеряют в паскалях
1 Па = 1Н/м
и называют еще внутренним давлением.
В (3) можно перейти к знаку равенства, вводя коэффициент пропорциональности Е (модуль Юнга). С учетом (4) и (5) получим закон Гука:
= Е (6)
Из (3), вводя модуль Юнга Е, можно выразить деформирующую силу F, необходимую для удлинения проволоки на l:
F
=
(7)
Вводя коэффициент упругости:
k
=
(8)
и, учитывая (1), для силы упругости получим выражение:
Fупр = - kl, (9)
которое также называют законом Гука.
Сила упругости пропорциональна величине упругой деформации. Предположим, что удлинение l = l. В этом случае длина образца в результате деформации удваивается, а = 1. Из (6) видно, что при этом:
E = .
Таким образом, модуль Юнга равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза. Однако, разрыв образца наступит при значительно меньших напряжениях.
На рис. 2 графически изображена экспериментальная зависимость от , где м – предел прочности, т. е. напряжение, при котором на стержне получается местное сужение (шейка), т – предел текучести, т. е. напряжение, при котором появляется текучесть (увеличение деформации без увеличения деформирующей силы), у – предел упругости, т. е. напряжение, ниже которого справедлив закон Гука. В точке О2 происходит разрыв материала. Хрупкие материалы (стекло, чугун) разрушаются раньше, чем пластичные в точке О1 .
Рис. 2