- •Лабораторные работы по механике
- •Предисловие
- •Введение Место физики среди естественных наук и роль измерений в физике
- •Порядок работы в лаборатории
- •Виды физических измерений
- •Единицы измерения
- •I. Элементы теории погрешностей Ошибки измерения (погрешности) и причины их возникновения
- •Определение величины ошибки при прямых измерениях
- •Коэффициенты Стьюдента
- •Относительная ошибка
- •Пример записи результатов прямых измерений
- •Функция нескольких переменных (ошибки косвенных измерений)
- •Способы уменьшения ошибки измерения
- •Некоторые правила приближенных вычислений
- •Графическое представление результатов
- •II. Простейшие физические измерения Линейный нониус и штангенциркуль
- •Микрометрический винт и микрометр
- •Угловой нониус и оптический угломер
- •Технические весы
- •Аналитические весы
- •Электрические весы
- •Торсионные весы
- •Общие правила работы с весами
- •Лабораторная работа № 1 Проверка градуировки шкалы весов и определение их чувствительности
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 определение массы капли воды
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Измерение линейных и угловых размеров твердого тела
- •Форма отчета по лабораторной работе № 3
- •I. Измерения штангенциркулем
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение объема и плотности твердого тела
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Форма отчета по лабораторной работе № 4
- •II. Определение плотности твердого тела неправильной формы Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Порядок взвешивания
- •Задание
- •Лабораторная работа № 7 изучение динамики поступательного и вращательного движения на установке
- •Теоретические основы работы
- •Определение ускорения поступательного движения груза на машине Атвуда
- •Определение момента сил трения в подшипнике блока машины Атвуда
- •Определение работы сил трения в машине Атвуда
- •Определение времени запаздывания при срабатывании фрикциона
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданиях
- •Данные установки и таблица результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 8 изучение законов сохранения при соударении двух шаров
- •Теоретические основы работы
- •Определение средней силы взаимодействия при ударе шаров равной массы
- •Определение массы одного из шаров при их неупругом соударении
- •Определение среднего момента относительно точки подвеса, создаваемого силой, возникающей при взаимодействии упругих шаров
- •8.3. Схема абсолютно упругого удара 8.4. Область существенного смятия при абсолютно упругом ударе двух шаров
- •Определение средней силы взаимодействия соударяющихся шаров по радиусу площади их смятия в момент соударения
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданииях
- •Данные установки и таблица результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 9 изучение динамики вращательного движения на крестообразном маятнике (маятник обербека)
- •Теоретические основы работы
- •Определение момента инерции грузов, находящихся на стержнях маятника Обербека
- •Определение момента инерции маятника Обербека с учетом сил трения в подшипнике маятника
- •Определение момента сил трения в подшипнике маятника Обербека
- •Определение отношения моментов сил, действующих на маятник Обербека при его движении, для случаев, когда нить намотана на шкивы радиусами r1 и r2
- •Проверка формулы для периода колебаний физического маятника на установке “Маятник Обербека”
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданиях
- •Данные установки и таблица результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 10 изучение плоского движения твердого тела с помощью маятника максвелла
- •Теоретические основы работы
- •Определение момента инерции маятника Максвелла
- •Отметим, что если нить не проскальзывает во время движения, то
- •Здесь Iв- момент инерции вала; Iд- момент инерции диска; Iк - момент инерции кольца. Проводя расчеты с использованием формулы для определения момента инерции
- •Определение моментов инерции элементов маятника Максвелла с использованием закона сохранения механической энергии
- •Определение средней силы натяжения нитей в момент «рывка» при движении маяника Максвелла
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в заданиях
- •Данные установки и таблицы результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 11 изучение крутильных колебаний на унифилярном подвесе
- •Теоретические основы работы
- •Определение момента инерции параллелепипеда методом крутильных колебаний
- •Изучение зависимости периода колебаний крутильного маятника от начального угла отклонения
- •Описание экспериментальной установки
- •Задания на проведение работы
- •Порядок проведения работы в заданиях
- •Данные установки и таблицы результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная № 12 Изучение колебаний физического и математического маятников
- •Теоретические основы работы
- •Определение ускорения силы тяжести с помощью оборотного маятника
- •Определение положения центра тяжести физического маятника
- •Экспериментальное определение момента инерции тела сложной формы методом малых колебаний
- •Проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера методом малых колебаний
- •Описание экспериментальной установки
- •Задание на проведение работы
- •Порядок выполнения работы в задании
- •Данные установки и таблицы результатов измерений
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа № 13 определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу стокса
- •Теоретические основы работы
- •Описание установки. Вывод расчетных формул
- •Порядок выполнения работы
- •Данные установки и таблица результатов измерения
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы и задания
- •Лабораторная работа №14 сухое трение. Определение коэффициента трения скольжения
- •Краткие теоретические сведения
- •Динамический метод определения коэффициента трения скольжения
- •Энергетический метод определения коэффициента трения скольжения
- •Ход работы и обработка результатов измерения
- •Контрольные вопросы
- •Упражнение 1 Определение коэффициента трения скольжения
- •Описание установки
- •Измерения
- •Упражнение 2 Определение коэффициента трения качения
- •Принцип работы прибора. Подготовка к измерениям
- •Измерения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 16 Определение ускорения силы тяжести при свободном падении тела
- •Природа сил. Классификация взаимодействий
- •Электромагнитные взаимодействия
- •Консервативные и неконсервативные силы
- •Теория метода и описание установки
- •Измерения и обработка результатов измерения
- •Фундаментальные взаимодействия Понятие силы
- •Контрольные вопросы
- •2 Способ.
- •Измерение и обработка результатов измерения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 18 изучение затузающих колебаний
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 19 исследование свойств гироскопа
- •Перечень механических подузлов гироскопа грм-10 /рис.19.1/
- •Подготовка гироскопа к работе. Определение угла прецессии и расчет скорости прецессии гироскопа.
- •1. Проверить заземление прибора.
- •Исследование зависимости прецессии гироскопа от перемещения грузика
- •Приложение
- •Основные физические константы
- •Коэффициент внутреннего трения некоторых жидкостей
- •Литература
- •Содержание
Упражнение 1 Определение коэффициента трения скольжения
В данной работе применяется метод, предложенный В.А. Желиговским (метод рейсшины).
Описание установки
Рис.
15.6
При = 0 направление перемещения центра масс пластинки совпадает с направлением нормали к линейке и с направлением перемещения самой линейки. Перемещение пластинки относительно линейки отсутствует.
При < , где определяется из соотношения . СилаФ1 не совпадает с направлением нормали к линейке рейсшины. Разложив эту силу на направление нормали и касательной к линейке, получим ее компоненты Q и F. В этом случае также нет относительного перемещения. Сила F является силой трения покоя.
При > сила Ф1 также не совпадает с направлением нормали к линейке. Имеется относительное перемещение линейки и пластинки. Сила F в этом случае является силой трения скольжения между этими телами.
Сила Ф2 не может изменять направление силы Ф1, определяемой взаимодействием линейки и пластинки, а, следовательно, не влияет и на величину силы трения скольжения F. Поэтому определяется именно коэффициент трения между боковой поверхностью пластинки и поверхностью линейки. Величина коэффициента трения между нижней поверхностью пластинки и поверхностью доски не играет роли.
Пусть центр масс пластинки переместился (рис. 15.8) на доске на расстояние L1L2. Проекция перемещения на нормаль будет L1M. Из сопоставления рисунков 15.7 и 15.8 видно, что коэффициент трения скольжения пластинки о линейку может быть определен из отношения:
. (15.9)
Для отметок начального и конечного положений центра масс пластинка имеет в своем геометрическом центре отверстие. Отметка производится карандашом через это отверстие на листе бумаги, положенном на доску и закрепленным зажимами G.
Линейка рейсшины сделана из дюраля. На одной стороне пластинки укреплен слой резины, что позволяет измерить коэффициент трения скольжения для двух пар материалов, а именно: дюраль – дюраль, дюраль – резина.
Измерения
Все измерения требуют большого внимания и аккуратности.
Предварительно на плоскость доски накладывается и закрепляется лист бумаги размером 21х17 см (лист из школьной тетради). На бумагу помещается линейка рейсшины, ползушка которой до упора сдвинута вправо.
К поверхности линейки прикладывается пластинка. Очень осторожно, придерживая левой рукой рейсшину и пластинку, отмечают остро отточенным карандашом начальное положение центра масс пластины (точка L1).
Плавно и равномерно прижимая ползушку к ребру доски, перемещают рейсшину до упора влево. Очень осторожно, не сдвигая при этом пластинку, отмечают новое положение центра масс (точка L2).
Точки соединяют прямой – получают траекторию движения центра масс пластинки (прямая L1L2). Необходимо получить не менее пяти таких прямых. Следует каждый раз несколько смещать начальное положение пластинки, чтобы траектории не располагались очень близко одна к другой.
Пользуясь рейсшиной и угольником, проводят через начальные точки каждой траектории нормали к линейке рейсшины (прямая L1M). На этих нормалях от каждой начальной точки L1 откладывают расстояние в 100 миллиметров.
Через полученные точки, пользуясь рейсшиной, проводят прямые до пересечения с соответствующей траекторией (прямая ML2, параллельная ML2).
Измеряют в миллиметрах длины всех пяти отрезков и вычисляют среднее арифметическое значение этих величин . Коэффициент трения скольжения вычисляется по формуле:
. (15.10)
Положив на пластинку разновес в 200 г, проводят еще одно измерение. В этом случае необходимо быть особенно осторожным, чтобы при наложении и снятии разновеса и отметок карандашом точек центра масс не сдвинуть пластинку. Производится измерение и вычисление коэффициента трения и для этого случая. Сопоставляют это значение с ранее полученной величиной. Оценить погрешность определения k.
Аналогичные измерения и вычисления (см. пункты 1-7) произвести при скольжении резины по дюралю (можно использовать обратную сторону бумаги).
Следует следить, чтобы угол наклона линейки рейсшины к вертикали (угол ) был неизменным во время всех измерений. Его величина не должна быть меньше 45.
Увеличив угол , следует убедиться, что искомая величина не зависит от угла наклона линейки рейсшины.