- •Рабочая тетрадь по МеханикЕ
- •Краткие теоретические сведения
- •1. Физические измерения
- •Лабораторная работа 1 1 Определение плотности твердых тел правильной геометрической формы
- •Лабораторная работа 1 2 Изучение законов равноускоренного движения
- •Лабораторная работа 1 – 3 Изучение законов равноускоренного движения на машине Атвуда
- •Лабораторная работа № 14 Определение коэффициента упругости (жесткости) пружины
- •Лабораторная работа № 1 5 Изучение зависимости ускорения тела от действующей на него силы
- •Лабораторная работа № 1 6 Скольжение тел по наклонной плоскости
- •Лабораторная работа № 1 7 Определение момента инерции махового колеса
- •Лабораторная работа 1 8 Изучение колебаний математического маятника
- •Лабораторная работа 1 9 Изучение колебаний пружинного маятника
- •Лабораторная работа 1 10 Определение момента инерции твердого тела методом физического маятника
Лабораторная работа 1 2 Изучение законов равноускоренного движения
Цель: определение ускорения свободного падения. |
Оборудование: машина Атвуда, электронный счетчик-секундомер, стальной шарик. |
Движение тела под действием только силы тяжести называется свободным падением. Сила тяжести у поверхности Земли определяется формулой:
F = G m M/R2 ,
где G = 6,671011 Нм2 / кг2 — гравитационная постоянная; m — масса тела; M — масса Земли; R — радиус Земли.
По второму закону Ньютона эта сила сообщает телу ускорение свободного падения:
g = F/m = G M / R2.
Из формулы видно, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела.
В исходном состоянии стальной шарик 4 удерживается электромагнитом 3, счетчик-секундомер не запущен. Тумблером 2 отключается питание электромагнита и шарик начинает свободно падать.
При пересечении шариком первого фотодатчика 5 происходит запуск счетчика-секундомера и начинается отсчет времени. Когда шарик пересечет второй фотодатчик 6, секундомер остановится. Оба фотодатчика перемещаются по масштабной линейке 1 машины Атвуда.
Ускорение свободного падения можно рассчитать по формуле:
(1)
где t время пролета шарика между датчиками.
Порядок выполнения работы
1. Установить фотодатчики на заданных преподавателем расстояниях Н1 и Н2.
Н1 = Н2 =
2. Включить счетчик-секундомер, нажав кнопку «Сеть» на его передней панели. Нажать кнопку «Стоп», затем «Сброс», все остальные кнопки должны быть отжаты. После этих действий счетчик-секундомер готов к работе (на индикаторе высвечиваются нули).
3. Установить тумблер 2 в верхнее положение и подвесить стальной шарик к острию электромагнита.
4. Переключить тумблер в нижнее положение, обесточить электромагнит и сделать отсчет времени по индикаторному табло секундомера (три разряда табло слева направо: единицы, десятые, сотые доли секунды).
5. Записать результат измерения в таблицу.
Номер опыта |
Н1, м |
Н2, м |
t1, с |
t2, с |
t3, с |
tср, с |
g, м/с2 |
g, м/с2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
6. Нажать кнопку «Сброс» и переключить тумблер 2 в верхнее положение, после этого прибор готов к повторному измерению.
7. Опыт проводить 3 раза для каждой пары значений Н1 и Н2. Среднее значение времени определять по формуле:
tср = (t1 + t2 + t3)/3 =
8. По формуле (1) расcчитать g для каждого опыта.
g1 =
g2 =
g3 =
9. Найти среднее значение:
gср = (g1 + g2 + g3) / 3 =
10. Вычислить абсолютные ошибки отдельных значений g:
g1 = g1 – gср =
g2 = g2 – gср =
g3 = g3 – gср =
11. Найти среднюю абсолютную погрешность измерения:
gср = (g1 + g2 + g3) / 3 =
12. Найти относительную погрешность измерения:
g = ( gср / gср) 100 % =
13. Записать результат в виде g = (gср ± gср):
g = ( ± )м/с2.
Контрольные вопросы
1. Что такое ускорение? Единица ускорения в СИ.
2. Сформулировать закон всемирного тяготения.
3. Что называется свободным падением тела?
4. Показать, что ускорение свободного падения не зависит от массы тела.
5. Какие измерения в данной работе являются прямыми, косвенными?