Контрольные вопросы:

1. Дать определение коэффициента трения.

2. Определение коэффициента трения для горизонтальной и наклонной плоскости.

3. Причины возникновения трения.

4. Виды коэффициентов трения.

5. Объяснить полученные графики.

6. Как можно уменьшить силу трения.

7. Определение коэффициентов трения покоя и скольжения.

3. Пояснить баланс энергий формулы (3).

Лабораторная работа № 1 – 8 Изучение закона сохранения энергии на примере маятника Максвелла

Цель работы: изучить закон сохранения энергии

Оборудование:

1. Маятник Максвелла;

2. Линейка;

3. Секундомер;

4. Штангенциркуль.

Краткая теория

Маятник Максвелла представляет собой маховик с радиусом R на оси радиуса r (см. рис. 1).

Рис. 1.

Схема маятника Максвелла

На эту ось с двух сторон наматываются нити, в результате чего маховик поднимается на высоту h. При освобождении маховик движется вниз и раскручивается под действием момента, создаваемого силами натяжения нитей

Линейное ускорение , направленное вниз, маятник приобретает под действием разности сил натяжения нитей и силы тяжести. Найдем это ускорение, пренебрегая силами сопротивления. Из следствия из второго закона Ньютона: ma = mg – T; согласно основному уравнению динамики вращательного движения: (*) . Учитывая, что момент инерции маховика: ( моментом инерции оси можно пренебречь, моментом инерции тела относительно оси называется сумма произведений масс всех материальных точек тела на квадраты их расстояний до оси), и выразив угловое ускорение через линейное: , уравнение (*) можно представить в скалярном виде: , тогда решая полученную систему уравнений:

Можно получить:

По закону сохранения и превращения энергии (в замкнутой системе энергия может переходить из одних видов в другие и предаваться от одного тела другому, но ее общее количество остается неизменнной), если маятник Максвелла спустится с высоты h, то часть его потенциальной энергии mgh перейдет в кинетическую энергию поступательного движения и кинетическую энергию вращательного движения , а часть пойдет на совершение работы А против сил сопротивления:

(1)

Выразив угловую скорость маховика через линейную получим из (1):

(2)

При равноускоренном движении без начальной скорости

Таким образом, измерив время спуска маятника Максвелла, можно найти его линейную скорость в нижней точке υ и, используя (2), определить работу сил сопротивления. Зная А, можно рассчитать момент сил сопротивления (моментом сил называется по формуле:

(3)

Порядок выполнения работы

1. Штангенциркулем измерить диаметры маховика и оси, и найти их радиусы R и r соответственно.

2. Закрутить маятник, подняв его на высоту относительно исходного положения при этом сосчитать число оборотов маятника N.

3. Отпустить маятник и при помощи секундомера измерить время спуска до исходного положения t.

4. Измерить высоту вторичного подъема маятника . Полученные данные занести в таблицу.

5. Действия, описанные в пунктах 2 – 4 повторить 3 раза.

6. Рассчитать приближенное значение работы сил сопротивления по формуле и точное значение по формуле (2). Сравнить полученные значения. По точному значению А, используя формулу (3), рассчитать момент сил сопротивления. Результаты занести в таблицу.

7. Рассчитать и . Записать результат вычислений в виде: ,проделав необходимые округления.

8. Для одного эксперимента рассчитать фактическое линейное ускорение маятника Максвелла по формуле и сравнить его с теоретическим значением Объяснить расхождение.

Таблица

N			t, c			M, Н·м