Измерения и вычисления.

1.Установить противовес 4 на одно из делений шкалы 5. Привести в движение маятник – вибратор. Определить визуально по шкале 6 наибольшее отклонение маятника- резонатора.

2.Повторить измерения для всех делений шкалы 5.

3.Построить амплитудную резонансную кривую, откладывая по оси абсцисс значения T/T₀, а по оси ординат соответствующие значения амплитуды.

4.Сделать вывод.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение колебательного движения и приведите примеры колебательного движения в живой природе.

2. Дайте определение основных характеристик гармонических колебаний.

3. В чем заключается явление резонанса?

4. Приведите примеры резонанса в природе.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СУХОГО ТРЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ

Цель: экспериментальное определение коэффициентов трения покоя, скольжения и качения.

Принадлежности: установка для определения коэффициентов трения, набор исследуемых тел, длинная линейка.

Описание установки и краткая теория.

Основу установки (рис. 1) составляет наклонная плоскость 1 (желоб), один конец которой крепится к штативу 2 и может быть поднят на различную высоту. Тем самым желоб может быть установлен под определенным углом к горизонту. Этот угол определяется из условияcosφ = l₁/l или sinφ = h/l, где l – длина наклонной плоскости до отвеса 3 (измеряется линейкой), l₁ – длина ее основания, h – высота. Тело 4 удерживается в неподвижном состоянии электромагнитом 5. При выключении цепи электромагнита, в случае достаточного угла наклона φ, тело 4 движется до упора 6. В комплект установки входят: выпрямитель и секундомер-счетчик. При включении в сеть выпрямителя и секундомера, замыкается цепь электромагнита 5. Нажав последовательно клавиши «сброс» и «пуск» на панели секундомера, мы выключаем, тем включаем секундомер, который автоматически прерывает счет при достижении телом 4 фотодатчика 7, фиксируя время t движения на пути L.

Для неподвижного тела, лежащего на наклонной плоскости (рис. 2), составляющая силы тяжести f₁ = mg sinφ равна по величине силе трения покоя F_ТР. С увеличением угла наклона сила f₁ растет, растет и сила F_ТР. В момент начала движения сила трения покоя максимальна. Этому моменту соответствует угол предельного равновесия φ = φ₀. По закону Амонтона

F_{ТР max} = μ_П f₂ = μ_П mg cosφ₀, (1)

где μ_П – коэффициент трения покоя. Учитывая, что F_{ТР max} = μ_П mg sinsφ₀, имеем

. (2)

При φ>φ₀ тело движется вниз равноускоренно под действием силы f = f₁ – F_ТР. По закону Кулона, сила трения движения

F_ТР = μ_С f₂ = μ_С mg cosφ (3) где μ_С – коэффициент трения движения. Таким образом

f = mg (sinφ – μ_C cosφ) (4)

Эта сила сообщает телу массой m ускорение a = f/m. Из уравнения равноускоренного движения имеем a= 2L/t², где L – путь пройденный телом за время t. Тогда

(5)

Величины, входящие в (5) легко определить из опыта.

При качении происходит деформация шара и наклонной плоскости. Вследствии этого, реакция опоры N не проходит через центр шара, а смещена вперед по его движению (рис. 3а).

Таким образом появляется момент реакции опоры относительно оси вращения шара M = kN, где k – коэффициент трения качения. Если скольжение отсутствует, то уравнения движения шара имеют вид (см. рис. 3а, 3б):

ma = mg sinφ – F_ТР,

N = mg cosφ, (6)

Iε = F_TP r – kN,

a = εr

Здесь - момент инерции шара, R – его радиус, r = R/, a – ускорение центра масс шара, ε – угловое ускорение. Из (6) получаем

,

. (7)

Если в начальный момент скорость шара равна нулю, то за время t он проходит путь L = at²/2. Тогда из (7) имеем:

. (8)

При углах φ, больших некоторого значения φ₁, имеет место чистое скольжение, для которого справедлива формула (5).