!Механика и электродинамика / Лабораторные работы / LAB4

4

Л

электромагнит

винт плавного переме-

щения электромагнита

винт плавного переме-

щения электромагнита.

электромагнит

фотодатчики

а б о р а т о р н а я р а б о т а № 4.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ.

Цель работы: экспериментальная проверка закона сохранения механической энергии при движении тела в поле сил тяжести Земли.

Оборудование: математический маятник с изменяющейся длиной, электронный миллисекундомер, фотодатчики, миллиметровая линейка.

Продолжительность: 4ч.

Теоретическая часть. Описание установки.

Согласно закону сохранения механической энергии сумма потенциальной и кинетической энергии при движении тела в поле сил тяжести Земли есть величина постоянная, если на тело в процессе движения не действуют неконсервативные силы. В данной работе в этом следует убедиться экспериментально с помощью математического маятника с изменяющейся длиной подвеса.

Устройство экпериментальной установки изображено на рисунке. На длинной стойке укреплены две горизонтальные площадки А и В .

Рис. 1. Схема установки.

Тяжелый шарик подвешен на двух тонких нитях, закрепленных на верхней площадке А таким образом, чтобы в положении равновесия нити касались края площадки В. При отклонении шарика влево длина подвеса будет равна l. Для заданного угла  высота подьема шарика над положением равновесия равна:

. (1)

Если шарик отпустить без начальной скорости, то его потенциальная энергия будет уменьшаться, а кинетическая энергия – увеличиваться. При прохождении шариком положения равновесия кинетическая энергия достигает максимального значения. Закон сохранения энергии в этом случае имеет вид:

. (2)

Отсюда следует, что

. (3)

Справедливость этого выражения в нашем случае и будет доказательством выполнения закона сохранения энергии (2).

Для определения скорости используются два фотодатчика, установленные на расстоянии S друг от друга. Это расстояние шарик проходит по дуге большого радиуса, равного длине всей нити. Длина пути S мала по сравнению с длиной подвеса, поэтому путь, пройденный шариком, можно считать практически прямолинейным, а скорость на этом участке постоянной. С помощью миллисекундомера определяется время t прохождения шариком расстояния S и вычисляется скорость его движения

. (4)

Экспериментальная часть.

Целью измерений является установление зависимости V от h. Величина h вычисляется по формуле (1), поэтому нужно провести измерения времени прохождения шариком пути S для разных углов отклонения . Рекомендуется провести измерения в интервале от 10⁰ до 60⁰.

С целью уменьшения влияния случайных погрешностей рекомендуется повторить опыт для каждого угла отклонения не менее трех раз. Величины S и l измеряются линейкой.

По рассчитанным значениям построите график зависимости V² от h и определите угловой коэффициент полученной прямой, который, как это следует из выражения (3), должен быть равен 2g.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1. САВЕЛЬЕВ И.В. Курс физики. – М., Наука, 1989, т.1, § 19-24.