- •Фізичний практикум з механіки та молекулярної фізики
- •§1. Рекомендації з вимірювання фізичних величин та загальні правила роботи у фізичних лабораторіях 9
- •§2. Лабораторні роботи з механіки 35
- •§ 4. Довідникові матеріали з механіки та молекулярної фізики 223
- •§1. Рекомендації з вимірювання фізичних величин та загальні правила роботи у фізичних лабораторіях
- •1.1. Визначення похибок вимірювань
- •1.1.1. Абсолютні та відносні похибки
- •1.1.2. Прямі та непрямі вимірювання
- •1.1.3. Систематичні та випадкові похибки
- •1.1.3.1. Систематичні похибки
- •1.1.3.2. Випадкові (статистичні) похибки
- •1.2. Рекомендації щодо обробки результатів вимірювань та їхнього запису
- •1.2.1. Правила запису результатів
- •1.2.2. Правила визначення похибки прямих вимірювань
- •Коефіцієнти Стьюдента tp
- •Кількість вимірювань п, що гарантує величину обраної частки випадкової помилки
- •1.2.3. Визначення похибки непрямих вимірювань
- •Формули для оцінки похибок результату непрямого вимірювання
- •Різноманітних фізичних явищ. В ній також наведено вирази для розрахунків абсолютної та відносної похибок для цих функціональних залежностей.
- •1.3. Графічне представлення експериментальних результатів
- •1.3.1. Правила побудови графіків
- •1.3.2. Метод найменших квадратів
- •1.4. Правила поведінки студентів у фізичних лабораторіях
- •1.5. Правила оформлення лабораторного журналу
- •Лабораторний журнал
- •З Фізичного практикуму
- •Студента групи тп-11 фтф
- •Сидоренка Володимира
- •1.6. Зразок звіту про виконання лабораторної роботи
- •§2. Лабораторні роботи з механіки
- •2.1. Лабораторна робота «Вивчення рівноприскореного руху та визначення величини прискорення вільного падіння на машині Атвуда»
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.2. Лабораторна робота «Дослідження закону збереження енергії та визначення моменту інерції механічного тіла відносно фіксованої осі обертання за допомогою маятника Максвела»
- •1.1. Робота з приладом
- •1.2. Параметри маятника
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.3. Лабораторна робота «Визначення прискорення сили тяжіння за допомогою фізичного та математичного маятників»
- •2.4. Лабораторна робота «Визначення моментів інерції твердого тіла за допомогою обертового маятника»
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.5. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнтів тертя за допомогою похилого маятника»
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.6. Лабораторна робота «Визначення швидкості польоту тіла за допомогою балістичного маятника»
- •2.1. Короткі теоретичні відомості
- •2.2. Порядок виконання роботи
- •3.1. Короткі теоретичні відомості
- •3.2. Порядок виконання роботи
- •2.7. Лабораторна робота «Вивчення особливостей руху гіроскопа»
- •4. Порядок виконання роботи
- •2.8. Лабораторна робота «Вивчення будови терезів та техніки зважування»
- •2.9. Лабораторна робота «Вивчення основного закону динаміки обертального руху на хрестовому маятнику Обербека»
- •2.10. Лабораторна робота «Визначення роботи деформації, коефіцієнта відновлення, часу та сили взаємодії тіл при ударі»
- •2.11. Лабораторна робота «Вивчення вимушених механічних коливань»
- •2.12. Лабораторна робота «Вивчення параметричних механічних коливань»
- •3. Порядок виконання роботи
- •§3. Лабораторні роботи з молекулярної фізики
- •3.1. Лабораторна робота «Визначення довжини вільного пробігу та ефективного діаметра молекул повітря»
- •1. Ознайомлення з основами теорії стаціонарних процесів перенесення
- •2. Опис лабораторного устаткування
- •3. Порядок виконання роботи
- •4. Обробка отриманих результатів вимірювань
- •5. Представлення здобутих результатів
- •3.2. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини методом Стокса»
- •1. Короткі теоретичні відомості про стаціонарні явища перенесення
- •2. Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини
- •3. Опис лабораторного устаткування
- •4. Порядок виконання роботи
- •5. Обробка отриманих результатів вимірювань
- •6. Представлення здобутих результатів
- •3.3. Лабораторна робота «Визначення відношення величин теплоємностей газу за умов сталого тиску та сталого об’єму»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Визначення коефіцієнта Пуассона
- •3. Порядок виконання роботи
- •4. Обробка здобутих результатів вимірювань
- •5. Представлення здобутих результатів
- •3.4. Лабораторна робота «Визначення вологості повітря»
- •1. Короткі теоретичні відомості.
- •2. Визначення вологості повітря методом психрометра
- •3. Опис приладу та вимірювання відносної вологості повітря
- •4. Порядок виконання роботи
- •3.5. Лабораторна робота «Визначення швидкості звуку у повітрі інтерференційним методом»
- •1. Ознайомлення з основами теорії поширення звуку
- •2. Опис лабораторного обладнання
- •3. Порядок виконання роботи
- •4. Обробка здобутих результатів вимірювань
- •5. Представлення здобутих результатів
- •3.6. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнта теплопровідності металів»
- •1. Ознайомлення з основами класичної теорії теплопровідності
- •2. Теоретичне обґрунтування методики експерименту
- •3. Опис лабораторної установки
- •4. Порядок виконання роботи
- •5. Обробка здобутих результатів вимірювань
- •6. Представлення здобутих результатів
- •3.7. Лабораторна робота «Визначення питомої теплоємності твердих тіл методом адіабатичного калориметра»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис лабораторного обладнання
- •3. Порядок виконання роботи
- •3.8. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнтів пружності при поздовжній та поперечній деформаціях»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис лабораторної установки для визначення модуля Юнга
- •3. Порядок виконання роботи з визначення модуля Юнга
- •4. Визначення модуля зсуву g
- •5. Опис лабораторної установки з визначення модуля зсуву
- •6. Порядок виконання роботи з визначення величини g
- •3.9. Лабораторна робота «Вимірювання тиску газу в вакуумній камері, що відкачується форвакуумним насосом»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •1.3. Манометри, що вимірюють низький тиск
- •1.4. Вакуумметр віт-2 (призначення та правила роботи)
- •1.5. Вакуумметр термопарний
- •3. Порядок виконання роботи
- •3.2. Вимикання установки та вимірювання натікання газу до вакуумного балону
- •3.10. Лабораторна робота «Визначення питомої теплоти пароутворення води»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис лабораторної установки
- •3. Порядок виконання роботи
- •3.11. Лабораторна робота «Визначення питомої теплоти плавлення олова та побудова діаграми стану оловосвинець»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис установки
- •3. Визначення питомої теплоти плавлення олова
- •4. Оцінка похибки вимірювання
- •5. Побудова діаграми стану системи оловосвинець
- •§ 4. Довідникові матеріали з механіки та молекулярної фізики
- •4.10. Густина рідин (, кг/м3)
- •4.11. Термодинамічні сталі газів (за нормальних умов): молярна маса, показник адіабати, коефіцієнт теплопровідності, коефіцієнт внутрішнього тертя,, діаметр молекул d
- •4.12. Сталі Ван-дер-Ваальса
- •4.17. Коефіцієнти теплопровідності, температура та питома теплота плавлення твердих тіл
- •4.18. Пружні сталі твердих тіл (величини вказаних коефіцієнтів пружності сильно залежать від технології виготовлення, наявності домішок таке інше )
- •4.19. Граничні коефіцієнти для твердих тіл та води
- •4.21. Коефіцієнти тертя ковзання
- •4.22. Коефіцієнти тертя кочення,, см
- •4.23. Швидкість звуку в газах
- •4.24. Швидкість звуку у повітрі при різних температурах
- •4.24. Швидкість звуку у рідинах
- •4.27. Психрометрична таблиця відносної вологості повітря
- •Список літератури
- •Предметний покажчик
2.2. Порядок виконання роботи
Захисним екраном щільно закрити камеру зі стріляючим пристроєм.
Зважити масу брусу M1 (див. рис. 2.12).
Виміряти довжину підвісу .
Визначити середнє значення маси кульки, зваживши 10 кульок одразу.
Перевірити спеціальний канал-уловлювач, що знаходиться в торці брусу, він має бути заповнений м’яким ганчір’ям.
Підвісити маятник № 1 у робочий стан, а маятник № 2 тимчасово підвісити на кронштейн 4.
Захисний екран пересунути праворуч, закрити щільно камеру, де розташовано маятники.
Зарядити стріляючий пристрій та зробити постріл.
Одразу після пострілу виміряти відстань, на яку відхилився брус маятника № 1 в результаті пострілу x1.
Повторити дослід не менше п’яти разів та обчислити середнє значення швидкості кульки до удару за формулою (2.56).
Завдання 3. Визначення втрат кінетичної енергії кульки за допомогою балістичного маятника № 2.
3.1. Короткі теоретичні відомості
Через відмінність конструкцій першого та другого маятників, для маятника № 2 має виконуватися закон збереження моменту імпульсу. Влучання кульки у пластину, що прикріплена нижче тягарця, призводить до збудження коливань цього балістичного маятника відносно осі, що проходить крізь точку підвісу (див. рис. 2.13). Момент імпульсу маятника після удару кульки в нього відносно зазначеної осі обертання
дорівнює:
L=I, (2.57)
де I=M2z2 це момент інерції маятника, при цьому ми знехтували масою пластини, а тягарець вважали за матеріальну точку, що звісно, вносить певну похибку у наші розрахунки. Кулька після удару в пластину відскочить від неї з моментом імпульсу:
Рис. 2.13. Схематичне зображення балістичного маятника № 2 в обраній системі відліку |
L2=m2l2. (2.58)
Наявність знаку мінус в рівнянні (2.58) говорить про те, що напрямки моментів імпульсів (2.57) та (2.58) є протилежними. Дійсно, кулька відскочила у зворотному напрямку, а маятник почав рух у напрямку польоту кульки до удару. Отже, сумарний момент імпульсу системи кулька-маятник після удару дорівнює (у скалярному вигляді) сумі: Lсумар=L+L2 .
Перед ударом момент імпульсу складається лише з моменту імпульсу кульки та дорівнює:
, (2.59)
де 0 це швидкість кульки до удару. Таким чином, закон збереження моменту імпульсу у даному випадку має вигляд:
. (2.60)
До цього рівняння входять три невідомі швидкості: 0, кутова швидкість маятника після удару та 2 лінійна швидкість відскоку кульки після удару в пластину.
Кутову швидкість маятника після удару можна знайти, вважаючи, що після удару кінетична енергія маятника не втрачається, а переходить у потенціальну енергію, яка визначається через висоту підйому центра мас маятника № 2. Запишемо закон збереження енергії:
, (2.61)
де як і для попереднього випадку висоту підйому визначаємо через кут відхилення маятника відносно рівноважного положення: . Беручи до уваги те, що кут відхилення є малим, запишемо наближений вираз для висоти підйому маятника № 2:
. (2.62)
Тоді з рівнянь (2.61) та (2.62) легко знайти кутову швидкість маятника після удару:
. (2.63)
За допомогою формули (2.63) з рівняння (2.60) можна знайти вираз для швидкості кульки до удару:
. (2.64)
Оскільки швидкість кульки до удару нам відомо з формули (2.56), то тепер просто знайти відносну втрату кінетичної енергії кульки: . Ця величина дорівнює:
. (2.65)
Тут для визначення відносної втрати кінетичної енергії слід брати середнє значення швидкості 0, яке обчислено за формулою (2.56).