90. Жедел қозғалыс кезіндегі дене салмағының өзгерісін қадағалау

Құралдар: 1) динамометр; 2) екі ілмегі бар массасы 100 г жүк; 3) шеттерінде ілмектері бар ұзындығы 200 мм жіп (221-сур.).

Жұмыстың мақсаты – дененің жедел қозғалысы кезіндегі оның салмақ модулінің өзгерісін табу. Жұмысты орындамас бұрын дене салмағы түсінігін және оны динамометрдің көмегімен өлшеуді, салмақтың ауырлық күшінен айырмашылығын, салмақ пен ауырлық күші модульдерінің тепе-теңдік жағдайын қайталайды.

Одан әрі қарай оқушылар тәжірибе жүзінде: салмақ пен ауырлық күші модуль бойынша әрқашан бірдей ме соны анықтайды. Бұл үшін динамометрдің қармағына жіптегі жүкті іледі де оның салмағының модулін өлшейді. Осыдан кейін жүгі бар динамометрді тез көтереді, содан соң жібереді (босатады). Әрқашан жүк салмағы модулінің өзгерісін қадағалап отырады: жүктің жоғарыға жедел қозғалуы кезінде оның салмағының модулі көбейеді, ал жүктің төменге жедел қозғалуында азаяды. Осыдан кейін динамометрді үстелдің шетіне тік қояды, жүгі бар жіпті жанға кейбір бұрышқа қисайтады да босатады (221-сур.). Оның тербелуі кезінде жүк салмағы модулінің өзгерісін бақылайды, жүктің қандай ортаға тартқыш үдеуі мен салмағы модулі бойынша көбірек, қандайы азырақ екенін айқындап, траектория нүктесін анықтайды.

Жасалған тәжірибелер нәтижелері негізінде оқушылар қорытынды шығарады: үдеумен қозғалатын дене салмағының модулі өзгереді, бұл өзгеріс көп болған сайын дене үдеуінің модулі де көп.

95. Серпімділік пен ауырлық күшінің әсері кезіндегі дененің шеңбермен (айнала қозғалуын) қозғалысын зерттеу

1-нұсқа

Құралдар: 1) 1 Н өлшем шегі бар динамометр; 2) секундтық тілі бар сағат немесе секундомер (секунд өлшеуіш); 3) өлшеуіш сызғыш; 4) транспортир; 5) массасы 100 г механика жүгі; 6) фронтальды жұмыстарға арналған штатив; 7) қазықшасы бар жіп; 8) 15-20 см радиусты дөңгелек сызылған қағаз парағы (222-сур.).

Жұмыста бірнеше күштердің әсерімен дененің шеңбер бойынша қозғалысы кезінде олардың теңәсері дене массасының үдеуді тудыруына тең: Р — та. Бұл үшін конусты маятник қолданады.

Маятникке Р_х ауырлық күші мен Р₂ серпімділік күші әсер етеді. Олардың тең әсері Р — Р^Р₂-ге тең. Р күші маятникке .....ортаға тартқыш үдеуді жеткізеді. Осылайша жұмыста Ғ күшін ..... туындысымен салыстыру қажет.

Жұмысты орындау үшін конусты маятнигі бар қондырғыны жинайды (құрастырады). Штативтің шығыршығына (сақинасына) жіптегі массасы 100 г жүкті іледі. Бұл үшін жіптің жоғарғы ұшын штатив шығыршығының тесігінен өткізеді де ұшталған сіріңкемен сыналайды. Үстелге маятниктің астына 15-20 см радиусты шеңбер салынған (сызылған) қағаз парағын орналастырады. Шеңбердің ортасын маятник ілгегі арқылы өтіп жатқан тік сызыққа орнатады. Содан соң лгек нүктесіндегі жіпті екі саусақпен алып маятникті көлденең жазықтықта айналма қозғалысқа келтіреді. Маятниктің айналу радиусы шеңбер парағында бейнеленген шеңбер радиусына теңестіріп жиналады. Оны сызғышпен өлшейді.

Маятниктің айналу кезеңін секундық тілі бар сағатпен өлшейді. Бұл кезде бір оқушы секундтық тілді қарап тұрса, екіншісі маятникті айналдырып, ол айналған сайын «Ноль, ноль, ноль...» деп қайталап тұрады. Сағат тілі бойынша санкауды бастауға арналған қолайлы сәтті ұстап алған соң бірінші оқушы да «Ноль!» деп айтады, содан соң екіншісі N айналымдарды санауды дауыстап жалғастырады. Үнемі сағатқа қарап отыратын бірінші оқушының белгісі бойынша бір немесе екі минуттан кейін айналымдарды санау доғарылады. Айналымдардың уақыты мен санын білген соң кезеңді есептеп шығарады: Т = -^. Алынған мәліметтерді (/?, т, Т) жоғарыда келтірілген формулаға алмастырады да та шамасын табады. Тәжірибелердің бірінде келесі нәтижелер алынды:

4я²/? 4 (3,14)²-0,17-50²-0,1

= 0,31 Н

73²

Т'¹

т = С, 100 ±0,002 кг /?— 0,170 ±0,001 м N = 50 1 = 73 с

Ауырлық пен серпімділіктің тең әсерлі күшін бірнеше тәсілдермен табуға болады.

Пропорциядағы бірінші тәсіл:

Р К _Р т_ёН Р —

тд Н ’ /г

Рис. 223. 95-жұмыс, І нұсқа Конусты маятнике әсер ететін тең әсерлі күштерді өлшеу

Екінші тәсіл ара қатынастан /г = / С05 а, мұндағы I – маятниктің ұзындығы; а – маятниктің тепе-теңдік қалыбынан ауытқуы. Үшінші тәсіл 1 Н өлшем шегі бар динамометр көмегімен .* с күшін тікелей өлшеуге негізделген. Соңғы жағдайда маятникті тепе-теңдік қалыбынан /? Шеңбері радиусына тең қашықтыққа созады да динамометрдің көрсеткішін алып тастайды (223-сур.). Күшті өлшеудің соңғы тәсілі ең аз қателік береді, себебі бұл жағдайда ол тек динамометрдің және есептеудің қателіктерімен ғана анықталады.

Р және та өлшеу нәтижелерін салыстыра отырып олардың өзар ажақын екені расталады.Күшті _с 4л²Л/² оР = т ара қатынасының негізінде жанама өлшеудің салыстырмалы қателігін ^гг = ^ет + 2е, -)- е_к -+- е_сист. Формуласы бойынша табады.

Мұнда е_т = 2% - механика бойынша бізге жүк массасы белгілі салыстырмалы қателік; е,- .............. уақытын өлшеудің кездейсоқ қателік шегі (шекарасы).

Кішкентай бұрыштардағы маятник ауытқуын 8^ = 0 деп есептеуге болады, себебі оның кезеңі (мерзімі) ауытқу бұрышына тәуелді емес (бағынбайды). Мейлінше ұзын жіпте е_сист (е_сист-(-е_т) суммасымен қателікке негізгі үлес қосатын кездейсоқ қателікпен 2 — салыстыра елемеуге болатын мәнге дейін қысқартуға болады. Сондықтан е_Р = 2 —. ІІ тараудың § 5 осы жұмысқа арналған кездейсоқ қателіктің шегі (шекарасы) көрсетілген.

Тәжірибені бір мәрте өткізу кезіндегі қателік шекарасы 17%-ға тең. Тәжірибені екі мәрте өткізу кезіндегі қателік 12%-ға дейін азаяды. Тек үш мәрте өлшеу кезінде ғана қателік 10%-ға дейін төмендейді.

Мұғалім осы жұмысты талдау кезіндегі оқушылармен әңгімелесуде осы цифрларды көрсетуі тиіс. Олар та туындысының есптеп шығарылған мәні бойынша тәжірибелер санына тәуелділікте АР — е_Р(та) абсолюттік қателік шегін (шекарасын) табады. Аталмыш жұмыста келтірілген мысалда А/⁷ = 0,15-0,31 «0,05 Н табамыз.

Сенімді мәндер интервалының түрі 224-суреттегі бейне. Егер динамометрмен өлшенген күш осы интервалға тиесілі болса тәжірибе (эксперимент) заңды растайды.

2-нұсқа

Құралдар: 1) дененің шеңбер бойынша қозғалысын зерттеуге арналған аспап (прибор); 2) 1 Н өлшеу шегі бар динамометр; 3) секундтық тілі бар сағат немесе секундомер (секундесептеуіш); 4) өлшеуіш сызғыш; 5) фронтальды жұмыстарға арналған штатив (225-сур.).

Жұмыс жүргізудің бұл нұсқасында І тараудың § 3 егжей-тегжейлі сипатталған арнайы аспап қолданылады (24-сур.). Аспаптың ерекшелігі – инерцияның маңызды мезеті мен жүктердің ілгек нүктесімен қатты байланысуы. Осы ерекшеліктер өлшеу жүргізуді айтарлықтай жеңілдетеді: жүктердің қозғалысы өте тұрақты. Аталмыш аспапта оқушылар конусты маятникпен жұмыстанады.

Жұмыс кезінде вертикаль мен өзекше арасында кез келген бұрыш қалыптасуы мүмкін. Бұрыштың шағын болуы талабын қоюдың қажеті жоқ.

Жұмысты орындау үшін қондырғыны 225-сурет бойынша құрастырады (жинайды). Аспаптың өзекшесін штативтің муфтасына бекітеді, тіктеуіштен еркін /? қашықтықта нұсқағышты қондырады және өзекшенің үстел үстіндегі биіктігін жүк /? қашықтығында ауытқыған кезде нұсқағыш-тілдің үстінде тұратындай етіп жасайды.

Қондырғыны жинап (құрастырып) болғаннан кейін бір оқушы жүктер жүйесін олар нұсқағыш үстімен өткенге дейін біртіндеп тарқата бастайды. Жүйе инерциясының барынша үлкен мезетінің арқасында он бір қалыпты қозғалыста ұстау оңай болады. Басқа оқушы I -тегі N жүйесінің айналымдар санын санайды. Р₀=т —р—4я² /? № формуласы бойынша Р₀ тең әсерлі күшін тауып, оны Р, күшімен салыстырады.

229-беттің соңы.......

240-бет↓ Мұндағы сөйлемнің басы алдыңғы 239 бетте болады

Шарғыны аударып тастау шарғы ауырлығының ортасымен өтетін вертикальды сызық оның тіреу үстінің шегінен шыққан кезде болатына көз жеткізіледі.

Соңында шарғыны басқа қырымен сызғышқа қояды да тәжірибені қайталайды (238-сур.). Бірінші жағдайдағыға қарағанда мейлінше тұрақты қалыпты белгілейді.

238-сур. Тіреу үсті бар дененің тұрақты тепе-теңдігі жағдайын анықтау

237-сур. Тіреу үсті бар дененің тұрақты тепе-теңдігі жағдайын анықтау