- •Введение.
- •Приближённое определение погрешностей функции z одного переменного
- •Приближённое определение погрешностей функции нескольких переменных
- •Глава I механические свойства
- •1.1 Проверка законов движения на машине атвуда Цель работы: изучение законов Ньютона, проверка законов равноускоренного движения.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности
- •Машина Атвуда
- •Секундомер.
- •III. Выполнение работы
- •1. Проверка законов путей
- •2. Проверка второго закона Ньютона
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.2 Изучение собственных колебаний пружинного маятника
- •I. Теоретическое введение.
- •II. Приборы и принадлежности.
- •III. Выполнение работы
- •Задание 1.
- •Задание 2.
- •IV Содержание отчета
- •V. Контрольные вопросы
- •1.3 Изучение законов вращательного движения при помощи крестообразного маховика
- •I. Теоретическое введение.
- •II. Приборы и принадлежности:
- •III. Выполнение работы
- •IV Содержание отчета
- •V Контрольные вопросы:
- •1.4 Определение момента инерции стержня
- •I. Теоретическое введение.
- •II Приборы и принадлежности
- •III Выполнение работы
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.5 Определение скорости полета пули баллистическим маятником.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности.
- •III. Выполнение работы.
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.6 Определение момента инерции махового колеса и силы трения в опорах.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности.
- •III. Выполнение работы.
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.7 Определение коэффициента вязкости жидкости.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности.
- •III. Выполнение работы.
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.8 Определение плотности воздуха при нормальных условиях и его молекулярной массы.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности.
- •Описание установки
- •III. Выполнение работы.
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.9 Определение отношения теплоемкостей газа методом адиабатического расширения.
- •I. Теоретическое введение
- •II. Приборы и принадлежности.
- •III. Выполнение работы.
- •Измерения и обработка результатов
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы
- •1.10 Экспериментальная проверка закона гука и определение модуля юнга по растяжению проволоки.
- •I. Теоретическое введение
- •III. Выполнение работы. Описание установки.
- •Примечание.
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы.
- •1.11 Изучение явлений переноса в воздухе при комнатной температуре.
- •I. Теоретическое введение.
- •II. Приборы и принадлежности.
- •III. Выполнение работы.
- •Порядок выполнения работы.
- •IV. Содержание отчета.
- •V. Контрольные вопросы.
Глава I механические свойства
1.1 Проверка законов движения на машине атвуда Цель работы: изучение законов Ньютона, проверка законов равноускоренного движения.
I. Теоретическое введение
В случае движения материальной точки для модуля скорости имеет место следующее значение
(1)
Если известна скорость V , то можно найти путь s
(2)
При равномерном движении V =const, тогда
(3)
В выражениях (1) и (3) скорость измеряется в м/с, путь в м и время в с.
Быстрота изменения величины скорости характеризуется ускорением. В общем случае произвольного криволинейного движения вектор скорости может изменяться и по величине и по направлению.
В связи с этим различают тангенциональное (касательное), нормальное и полное ускорения.
Тангенциональное ускорение
(4)
нормальное (5)
Модуль полного ускорения
(6)
Ускорение измеряется в м/с2.
В случае равномерного криволинейного движения
V =const, ,
При прямолинейном движении
, ,
При криволинейном движении со временем изменяется угол поворота. Быстрота изменения угла поворота характеризуется угловой скоростью
(7)
где - измеряется в рад, → , так как рад – безразмерная величина.
Между линейной скоростью и угловой существует следующая связь
(8)
Если угловая скорость со временем изменяется, вводится угловое ускорение
(9)
- измеряется в .
Между угловым и тангенциональным ускорением имеет место соотношение
(10)
Скорость и ускорение – векторные величины, радиус-вектор - тоже векторная величина. В следствии этого выражения (8) и (10) в векторном виде можно переписать следующим образом:
(11)
(12)
Причиной равномерного или ускоренного движения тела согласно Ньютону, является сила. Если векторная сумма сил, действующих на тело, равна нулю, то тело движется равномерно и прямолинейно:
, (13)
Если , то , тогда
(14)
Выражения (13) и (14) определяют первый и второй законы Ньютона. В случае вращательного движения второй закон Ньютона записывается следующим образом
M = J ε (15)
В выражениях (14) и (15) соответственно имеем: - сила, измеряется в Н, m – масса тела, измеряется в кг, - момент силы, измеряется в Н·м, - момент инерции, измеряется кг·м2.
II. Приборы и принадлежности
Машина Атвуда
Секундомер.
III. Выполнение работы
Устройство машины Атвуда изображено на рис. 1. Легкий алюминиевый блок (1) свободно вращается вокруг оси, укреплённой в верхней части прибора. Через блок перекинута тонкая нить, на концах которой висят грузы А и Б, имеющие равные массы "m". На груз Б могут надеваться один или несколько перегрузков. Система грузов в этом случае выходит из равновесия и начинает двигаться ускоренно.
В начале опыта груз А удерживается неподвижно с помощью электромагнита (2). Выключение тока ключом (3) освобождает груз А и приводит нить с грузами в движение. Если на груз Б надеть перегрузки, превышающие по весу силу трения на оси блока, то система начнет двигаться равноускоренно.
Величину ускорения можно найти, пользуясь законами поступательного и вращательного движения. На каждый из движущихся грузов действуют две силы: сила тяжести, , направленная вниз, и сила натяжения нити , направленная вверх (рис 2).
Груз А массой m1 поднимается равноускоренно вверх, следовательно,
Т 1 > Р1 или Т1 > m1g.
По второму закону Ньютона равнодействующая этих сил, равная по величине их разности, прямо пропорциональна массе груза и ускорению а, с которым он движется.
Т1 − m1g = m1а
отсюда
Т1 = m1g + m1а (16)
Г руз Р2 ускоренно опускается вниз, следовательно, T2<m2g. Запишем формулу второго закона для этого груза:
m2g – Т2 = m2а
откуда
Т2 = m2g – m2a (17)
Согласно закону динамики вращательного движения вращающий момент М, приложенный к диску, равен произведению момента инерции I диска на его угловое ускорение ε
М = J ε (смотри формулу (15))
Момент инерции учитывает не только массу вращающегося тела, но и распределение этой массы относительно оси вращения. Сумма произведений элементарных масс на квадрат их расстояния от оси вращения называется моментом инерции тела относительно оси:
J = ∑ ∆mi ri2
Моментом силы называется вектор М, равный по величине произведению модуля силы на плечо:
Определение вращающего момента
Силы натяжения нитей действуют не только на грузы, но и на диск. По третьему закону Ньютона силы и , приложенные к ободу диска, по величине равны соответственно силам и , но по направлению им противоположны. При движении грузов диск ускоренно вращается по часовой стрелке, следовательно, T2' > Т1'
Вращающий момент, приложенный к диску, равен произведению разности этих сил на плечо, равное радиусу диска, то есть.
l = r и М = (Т2' – Т1') · r
Момент инерции диска ; угловое ускорение связано с линейным ускорением грузов соотношением . Подставив в формулу (15) выражения M, J и ε получим:
откуда
Так как Т1' = Т1 и Т2' = Т2, то можно заменить силы Т1' и Т2' выражениями по формуле (16) и (17), тогда
или
(18)
где |
m1 m2 m |
|
Более точное определение ускорения движения системы требует учёта силы трения.
На машине Атвуда можно проверить законы равномерного и равноускоренного движения и второй закон Ньютона.