metodychka_new_1

кульки. Із цих рівнянь одержуємо:

визначає найбільше значення кута a=a2, при якому кулька ще рухається без ковзання. З рівності (9.9) одержуємо

Рівності (9.9) і (9.11) дають другу робочу формулу:

81

де k1 – коефіцієнт тертя ковзання.

Враховуючи (9.11) з рівняння (9.14) одержуємо третю робочу формулу

Опис установки.

Основна частина установкиметалевий жолоб прямокутного перерізу. Внутрішня поверхня жолоба покрита тканиною, яка легко деформується при русі стальної кульки. Один кінець жолоба закріплений шарнірно, а другий - переміщається по направляючих.

На верхньому краю жолоба розміщений електромагніт, який утримує кульку. Внизу - приймальний столик. Коли кулька вдаряється об нього, розмикається електричний контакт і електричний секундомір зупиняється.

VІ. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Для всіх, вказаних на установці, кутів нахилу жолоба вимірюють

82

руху центра мас кульки без врахування тертя кочення. Точка перетину

при якому виникає ковзання. На графіку вказати надійні інтервали.

3. З рівняння (9.10), припустивши що k2=0, одержимо формулу,

k = 4 tga2 , з якої вирахуємо коефіцієнт тертя спокою.

9

4. Екстраполяцією графіка &&x = f (a ) до перетину з віссю абсцис

визначають величину кута a1.

5. Вираховують k2: для кутів, більших a1, але менших a2, за формулою (9.13), для кута a1 - за формулою (9.5).

6.Коефіцієнт k1 вираховують за формулою (9.15) для кутів більших a2. Визначають залежність k1 від швидкості.

7.Результати вимірювань і обчислень заносять у раціонально вибрану таблицю.

8.Будують графік залежності k1 від швидкості.

9.Порівнюють між собою одержані результати коефіцієнтів тертя.

10.Оцінюють похибки.

ПРИМІТКА: Оскільки для одного і того ж кута виконується 5 вимірювань часу і шляху, і ці вимірювання рівноточні, то для знаходження середнього значення прискорення x&&, швидкості x& та їх надійних інтервалівD&&x та Dx& використовується схема №4 обробки непрямих вимірювань. Надійний інтервал D&&x знаходиться, використовуючи формулу

де Dx, Dt – надійні інтервали шляху і часу, x і t - середні значення цих величин, знайдені за схемою №1 обробки результатів прямих вимірювань.

Надійні інтервали Dx і Dt включають в себе не лише випадкові похибки, але і систематичні і знаходиться за формулами:

Dx = (Dxсист )2 + (tnaSx )2 , Dt = (Dtсист )2 + (tnaSt )2 . (9.18)

Для знаходження похибки для величин k, k1 і k2 , які є результатами непрямих вимірювань, використовують формулу

83

Похибка кута a оцінюється як систематична похибка Daсист. 11. Записати кінцеві результати і зробити висновки.

б). КОЧЕННЯ КУЛЬКИ ПО ПЛАСТИНЦІ

V. МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ

Схематичне зображення експериментальної установки приведене

84

трикутнику АОВ сторони АО та ВО є довжинами l маятника, отже DAOB - рівнобедрений: ÐОАВ = p /2 - a/2, а ÐВАС = a/2. В трикутнику СВD за побудовою ÐСВD = b. Розглянемо потенціальну енергію кульки в точці В, відносно рівня, заданого прямою CD. Положення точки В визначається кутом a, тому

(при малих кутах a хорда АВ прямує до дуги l×a). Потенціальна енергія в цьому випадку

З рис.9.3 видно, що сила нормальної реакції з боку пластини в точці А

При затуханні коливань протягом n періодів амплітуда x0 зменшиться до xn і роботу сили тертя можна визначити за формулою

де початкова амплітуда x0 = la0 ; а кінцева – xn= l×an. Прирівнявши зміну енергії до роботи сил тертя, одержимо (див. 9.21):

що при малих кутах a (sina»a) перепишеться в такому вигляді:

З цієї рівності одержуємо кінцеву робочу формулу

85

Опис установки.

Установка складається з маятника, нахил площини коливань якого змінюється від 0 до p/2 і електричної схеми, яка дозволяє вимірювати час і відраховувати кількість коливань. На передній панелі установки знаходяться два цифрових табло і кнопки“ВКЛ”, “СТОП”, “СБРОС”. Натисканням кнопки “ВКЛ” установка приводиться в робочий стан, не потребуючи часу на розігрів. Кнопка “СБРОС” дозволяє “обнулити” покази на обох табло і приводить установку в робочу готовність. Для одержання показів часу, за який здійснюється n коливань, одразу ж після (n-1)-го коливання слід натиснути на кнопку “СТОП”.

VI. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

1. Встановити пластинку та підвісити кульку з однаков матеріалу. Зо допомогою штангенциркуля виміряти діаметр кульки не менше 5-ти разів.

2.За допомогою ручки регулювання кута нахилу площини коливань встановити певне значення кута b. (Зміну кута b провести в межах від 0

до p/2).

3.При b=0 провести визначення періодів коливань для кульок з усіх заданих матеріалів.

4.Відхилити маятник на малий кутa (a » 3-60) і переконатися, що відсутнє проковзування. Натиснути на кнопку“СБРОС” і відпустити

кульку. Кількість періодів n доцільно вибрати так, щоб a0 і an приймали значення, зручні для спостереження.

5.На (n-1)-му періоді натиснути кнопку “СТОП”. Результати вимірів

a0, an, t, n, b занести в раціонально вибрану таблицю. Виміри провести не менше 5-ти разів при однакових умовах.

6.За формулою (9.27) обчислити коефіцієнт моменту сили тертя

кочення, а також період коливань (T = t/n). Для кожної серії вимірів приb

=const обробку результатів провести за схемою №1.

7.За результатами дослідів складають таблиці залежностей k2 та T

від матеріалу та кута b і представляють їх у вигляді графіків. З’ясовують аналітичні залежності k2(b); k2(матеріалу); T(b) та T(матеріалу). Залежності від кута b будують, виконавши 6-10 вимірювань. Для кожного значення (точки) на графіку наносять довірчий інтервал похибки (“вуси”).

8. Роблять аналіз та висновки.

VII. ПИТАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ І САМОКОНТРОЛЮ

1. Яка розмірність коефіцієнту тертя кочення? (тертя ковзання?).

86

2.Намалюйте схематично залежність сили тертя спокою від прикладеної до тіла сили.

3.Чи залежить сила тертя ковзання від швидкості тіла?

4. Як обчислюється найбільше значення кута нахилу площини д горизонту, при якому тіло ще не буде рухатися (ковзати, котитися)?

5.Що таке момент сили, момент імпульсу, момент інерції тіла?

6.Запишіть формулу для обчислення моменту інерції кульки.

7.Що є причиною виникнення моменту сили тертя кочення?

8.Від чого залежать коефіцієнти тертя спокою, ковзання, кочення?

9.Який фізичний зміст коефіцієнта моменту сил тертя кочення?

10.З яким прискоренням буде рухатися кулька по ,жолобуякщо коефіцієнт тертя ковзання рівний нулеві:

87

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 10

ВИВЧЕННЯ ЗАКОНІВ ОБЕРТОВОГО РУХУ ЗА ДОПОМОГОЮ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА

І. МЕТА РОБОТИ: експериментальна перевірка основного

r

рівняння обертового руху – рівняння моментів M = Je .

ІІ. НЕОБХІДНІ ПРИЛАДИ І МАТЕРІАЛИ: Прилад РМ-06, маятник Обербека, секундомір, фотоелемент, набір тягарців, штангенциркуль.

швидкості з вектором лінійної швидкості.

3.Основний закон динаміки твердого тіла.

4.Шість рівнянь руху твердого тіла.

5.Рівняння руху твердого тіла навколо закріпленої осі. Момент інерції.

6.Поняття центра мас і визначення його координат.

7.Сформулювати і довести теорему Гюйгенса-Штейнера.

ІV. КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Рух твердого тіла в загальному випадку визначається двом векторними рівняннями: рівнянням, що характеризує поступальний рух,

dt

та рівнянням обертового руху відносно нерухомої осі:

dt

Як видно із цих рівнянь вони аналогічні, лише в рівнянні обертового руху роль маси т відіграє момент інерціїJ, роль лінійного прискорення

F – сумарний момент сили M .

88

Момент сили відносно деякої точки обертанняце векторний добуток

радіус-вектора r , проведеного від точки обертання до точки, на яку дії

r

сила F , на цю силу

Момент імпульсу - векторний добуток радіус-вектора, що характеризує положення матеріальної точки відносно т. 0 вибраної системи відліку, на її імпульс

обертова система у вигляді хрестовини із стержнів. На чотирьох взаємно перпендикулярних стержнях можуть вільно переміщатися вантажі. На горизонтальній осі обертання хрестовини є диск з двома різни радіусами, на який намотується нитка. Один кінець нитки закріплюється на диск, а на другий кінець нитки підвішується тягарець. Під впливом падаючого тягарця нитка розмотується з диска і викликає обертовий рух хрестовини. При обертанні твердого тіла момент інерції не залежить від часу і основне рівняння динаміки твердого тіла відносно нерухомої осі має вигляд:

dw

тіло, J – момент інерції тіла відносно осі обертання, e = dt – його кутове прискорення.

кронштейни: нижній нерухомий (3) та верхній рухомий (4) і дві нерухомі втулки: нижня (5) і верхня (6). Вирівнювання положення приладу встановлюється за допомогою регулюючих ніжок. На верхній втулці (6) з допомогою основи (8) закріплений підшипниковий вузол диска(9) і диск (10). Через диск перекидається нитка (11). Один її кінець прикріпляється до одного з радіусів диска(12), а на другому кінці закріплюються тягарці (13). На задній нижній втулці(5) на основі (14) закріплений гальмуючий

89

електромагніт (15), який після підведення до нього напруги живлення, за допомогою фрикційної муфти, утримує хрестовини разом з вантажами в

чином довжину шляху падіння тягарців. Для підрахунку довжини шляху на колоні нанесена міліметрова шкала. Похибка визначення довжини

тягарців. На основі приладу знаходиться мілісекундомір, до гнізд якого підведені фотоелектричні датчики № 1 і № 2.

Рис.10. 1

Обертовий момент силиМ, створений силою натягу ниткиFн,

90