Фізика(готові лабораторні роботи) / Довбань / lr2

Міністерство освіти і науки України

Житомирський державний технологічний університет

Кафедра фізики

Група

Лабораторна робота №2

Тема: “Вивчення законів кінематики динаміки поступального руху”

Виконав:

Перевірив:

Житомир

2004р.

Мета роботи: експериментально перевірити закони кінематики й динаміки поступального руху.

Прилади і матеріали: машина Атвуада, секундомір, тягарі.

Опис установки

Установка складається з машини Атвуда і секундоміра.

Машина Атвуада — вертикальна штанга, в горі якої встановлений легкий блок, що обертаються з незначним тягарцем. Через блок перекинута нитка з тягарцем. Через блок перекинута нитка з тягарцями однакових мас М. Тягарі можуть утримуватись в будь-якому положенні електромагнітом. На штанзі кріпиться рухоме кільце з контактами, призначеними для вмикання секундоміра. Кільце служить для зняття додаткової маси m при проходженні через нього правого тягаря з контактами, з допомогою яких вимикається секундомір.

Для приведення машини в дію необхідно розімкнути коло електромагніта. Тягарі під дією додаткової маси проходять у рух і рухаються рівноприскорено, поки маса не зніметься кільцем, далі вони рухаються за інерцією, тобто рівномірно. У момент коли проходження правого тягаря через кільце вмикається секундомір.

Секундомір вимикається в момент, коли тягар досягає приймального блока. таким чином, секундомір зафіксовує час проходження тягарем шляху МК. Щоб привести машину в вихідне положення, необхідно повернути тягарі у вихідний стан і ввімкнути електромагніт.

Теоретичні відомості

Шлях, пройдений тілом, при рівномірному русі визначається за формулою , звідки випливає співвідношення , де S₁, S₂, S₃, …, S_n – відрізки шляху; t₁, t₂, …, t_n – інтервал часу проходження даних відрізків шляху. Якщо тягарі рухаються рівноприскорено, то справедливі формули , , де m, M – відповідно додаткова маса і маса тіла.

Початкова швидкість тягарців у цьому досліді дорівнює нулю.

Розглянемо динаміку рівноприскореного руху тягарців. Сила, що приводить систему в рух, дорівнює різниці ваги правого й лівого тіл. Припустимо, що тягарці завантажили масами т₁<m₂. Тоді F₁=(m₂-m₁)g. Якщо обидва навантаження перекласти на правий тягар, то сила визначатиметься як F₂=(m₁-m₂)g. На основі закону Ньютона для двох випадків дістанемо , .

Звідси можна знайти співвідношення .

Завдання 1. Перевірити співвідношення . Для цього, встановити кільце машини Атвуда на різній висоті, виміряти секундоміром відповідний час t₁,t₂,…,t_n.

Знайти швидкість рівномірного руху і записати у вигляді .

Перевірити, чи різниця між швидкостями, визначеними для двох дослідів, менша за сумарну абсолютну похибку визначення цих швидкостей: .

Завдання 2. Перевірити виконання формули , . Для цього зняти кільце зі штанги і перемикнути контакти, які вмикають секундомір. У початковий момент руху тягарів секундомір вмикається, а вимикається в момент коли тягарі торкаються блока. Установлюючи приймальний блок на різній висоті, виміряти шлях і відповідний час рівноприскореного руху правого тягаря. За цими даними побудувати графік залежності S=f(t). За формулою у цій системі координат побудувати теоретичний графік руху (області розходження експериментального і теоретичного графіків заштрихувати ).

Завдання 3. Перевірити співвідношення . Спочатку покласти на правий тягар два додаткових тягарі масою т₁ і т₂. Виміряти не менш як п’ять разів значення S i t. Потім перекласти менший тягар на лівій і повторити вимірювання. Ліву частину співвідношення обчислити, використовуючи формули , , а праву — за заданими масами додаткових тягарців.

І

№	S1=0,4m			S2=0,5m
	t1,с	S1/t1, m/c	∆S1/t1, m/c	t2,с	S2/t2, m/c	∆S2/t2, m/c
1	1,06	0,38	-0,03	1,51	0,33	0,017
2	1,19	0,34	0,01	1,38	0,36	-0,013
3	1,22	0,33	0,02	1,43	0,35	-0,003
Ср	1,16	0,35	0,02	1,44	0,347	0,011

(м/с); (м/с)

ІІ

S,m	t1,c	t2,c	t3,c	tcp,c
0,2	1,03	1,07	1,05	1,05
0,3	1,31	1,21	1,23	1,25
0,4	1,37	1,40	1,40	1,39
0,5	1,54	1,61	1,52	1,56
0,6	1,77	1,73	1,63	1,71

; , =21,1 г, М=159,4 г, а ≈ 0,61 м/с².

ІІІ

Для (т₁ +т₂)

№	1	2	3	4	5	Ср
t,c	1,47	1,32	1,29	1,37	1,31	1,35
∆t,c	-0,12	0,03	0,06	-0,02	0,04	0,054

=>

Для (т₂ +т₁)

№	1	2	3	4	5	Ср
t,c	2,53	2,62	2,63	2,44	2,56	2,56

- через похибки.

Контрольні запитання

1а. Що називають моментом інерції? Сформулюйте теорему Штейнера.

Скалярна величина, яка дорівнює сумі добутків мас частинок тіла на квадрати їх відстаней від осі обертання, називають моментом інерції тіла відносно даної осі.

Теорема Гюйгенса—Штейнера: момент інерції відносно довільної осі дорівнює сумі моменту інерції відносно осі, яка паралельна даній і проходить через центр мас тіла, і добутку маси тіла на квадрат відстані між осями.

Задача

Кинетическая энергия вала, вращающегося с постоянной скоростью, соответствующей 5 об/сек, равна 60 Дж. Найти момент количества движения этого вала.

Рішення

Кинетическая энергия — →

5 (об/сек) ↔ 31,42 (рад/сек)

Момент количества движения — (кг·м²/сек)

Ответ: момент количества движения равен 3,8 (кг·м²/сек).