- •Ен.Ф.03 физика
- •Ен.Ф.03 физика и биофизика
- •Лабораторный практикум
- •Физические основы механики
- •Оглавление
- •Введение
- •Лабораторная работа № 1 Изучение законов сохранения импульса и энергии. Определение скорости пули методом баллистического маятника
- •1 Общие сведения
- •2 Описание установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 Изучение вращательного движения и определение моментов инерции тел
- •1 Общие сведения
- •2 Описание установки и вывод расчетной формулы
- •1, 2 ‑ Двойной шкив с радиусами r1 и r2; 3 ‑ ось подшипника;
- •4 ‑ Стержни с делениями; 5 ‑ грузики; 6 ‑ гиря; 7 ‑ мерная линейка
- •3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Проверка основного закона динамики вращательного движения при постоянном моменте инерции маятника Обербека
- •3.2 Задание 2 Изучение зависимости момента инерции маятника Обербека от положения грузиков на стержнях при постоянном моменте силы
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Определение коэффициента трения
- •1 Общие сведения
- •2 Описание установки
- •3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Определение коэффициента трения покоя
- •3.2 Задание 2 Определение коэффициента трения скольжения
- •4 Контрольные вопросы
- •2 Описание установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 Изучение свободных колебаний пружинного маятника
- •1 Общие сведения
- •2 Описание установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
- •3.1 Задание 1 Определение жесткости пружины статическим методом
- •3.2 Задание 2 Определение жесткости пружины динамическим методом
- •3.3 Задание 3 Определение логарифмического декремента затухания и коэффициента сопротивления
- •4 Контрольные вопросы
- •2 Описание установки и вывод расчетной формулы
- •3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
- •4 Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Приложение а
3 Порядок выполнения и требования к оформлению результатов
3.1 Перед занятием необходимо законспектировать следующий теоретический материал:
- для неинженерных специальностей: /1/ С.30-34, 53-62;
- для инженерных специальностей: /2/ С.19-21, 27-34; /3/ С.74-75, 95-97, 98-105.
Занести в конспект методику выполнения работы, необходимые таблицы и формулы (разделы 2, 3).
3.2 Измерить массу пулиm взвешиванием, погрешность m = mинс, где mинс – инструментальная погрешность. Масса маятника M и её погрешность M указаны на лабораторной установке.
Поскольку средние значения и погрешности величин масс m, m, M, M входят в расчетные формулы (6) и (7) в отношениях друг к другу, то все они, при занесении в таблицу 1, должны быть указаны в одинаковых единицах измерения – либо в кг, либо допускается в г.
3.3 Измерить длину подвеса l. Абсолютную погрешность l взять равной погрешности попадания пули в центр маятника при выстреле из ружья: l = 0,005 м.
Занести в таблицу 1 значение g g. Здесь g – абсолютная погрешность табличной величины g составляет половину от точности ее представления C: g = C / 2.
Например, если в работе берется значение g = 9,8 м/с2, то точность ее представления C = 0,1 м/с2, тогда g = 0,05 м/с2. Или, если берется g = 9,81 м/с2, то C = 0,01 м/с2, тогда g = 0,005 м/с2.
3.4 Вначале эксперимента отметить по шкале 3 положение стрелки 4 при неподвижном состоянии тела 2.
3.5 Произвести выстрел из воздушного ружья строго в центр маятника 2, отметить отклонение b маятника по шкале 3. Занести значение b в таблицу 2.
Опыт повторить не менее 5 раз.
Таблица 1 Табличные и однократно измеренные величины
Обозначения физических величин |
|||
M M, г |
m m, г |
g g, м/с2 |
l l, м |
|
|
9,81 0,005 |
|
Таблица 2 Экспериментальные и расчетные величины
Обозначения физических величин |
|||||
№ п/п |
bi |
bi |
(bi)2 |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
средние значения |
|
|
|
— |
— |
3.6 Вычислить среднее значение отклонения , где n = 5 – количество опытов; абсолютные погрешности каждого измерения bi = |b – bi |; квадраты этих погрешностей (bi)2. Найти сумму квадратов .
3.7 На основании известных уже величин M,m,b, g,l, вычислить среднее значение скорости пули по формуле (6).
3.8 Рассчитать среднеквадратическое отклонение:
.
По таблице коэффициентов Стьюдента из Приложения А найти tp,n для n=5 и выбранной доверительной вероятности, например p = 0,95.
Определить доверительный интервал для b:
3.9 Сравнить найденный доверительный интервал b с инструментальной погрешностью bинс измерительной линейки и бо/льшую из них использовать для дальнейших расчетов, например, в формуле (7). (bинс = c / 2 , где c – цена деления линейки).
3.10 Вывести формулу относительной погрешности по следующей методике:
а) вначале логарифмируем исходную формулу (6)
ln = ln M – ln m + ln b + ½(ln g – ln l),
б) далее производим дифференцирование:
,
в) в полученном выражении заменяем знаки дифференциалов d на знаки конечных приращений Δ: d Δ ; заменяем
(–) (+), и по правилам статистики берем сумму квадратов слагаемых. Окончательный вид формулы относительной погрешности:
. (7)
3.11 Определить абсолютную погрешность скорости
=
и оставить в ней одну значащую цифру, используя правила округления (например, число 0,5861 следует записать как 0,6).
3.12 Провести округление величины в соответствии с погрешностью (например, если представлено с точностью до десятых: = 0,6, то и = 32,4835 надо округлить до десятых: = 32,5).
Окончательный результат скорости пули представить в виде:
= ( ) м/с,
например, = (32,5 0,6) м/с. (Примечание: здесь в качестве примера взяты произвольные числа, поэтому их не следует переписывать.)