Порядок виконання роботи

1. Включити мікросекундомір (1) у мережу. Для цього вставити вилку у розетку і натиснути клавішу «мережа».

2. Праву кулю відсунути у бік електромагніта (2), ліву - на «0» шкали. Вимірити транспортиром кут .

3. Віджати клавішу «пуск» і мікросекундоміром виміряти тривалість зіткнення куль.

4. За допомогою лінійки визначити довжину підвіски куль як найкоротшу відстань між стрижнем С зверху кронштейна і центром кулі. Вимір виконати з точністю до ± 1 мм.

5. За формулою (21) підрахувати швидкість правої кулі перед ударом.

6. За формулою (15) визначити середню силу пружного удару двох куль.

7. Дані занести у таблицю.

8. Дослід повторити п'ять разів.

9. Визначити абсолютну помилку .

10. Визначити (∆F_i)² .

11. Визначити середню квадратичну помилку середнього значення F

.

12. Визначити довірчий інтервал Е_F=S(F)t_p,n.

13. Визначити відносну помилку 100%.

14. Записати остаточний результат вимірів:

при р=0,95.

Контрольні запитання

1. Що таке удар?

2. Що таке непружний удар?

3. Що таке пружний удар?

4. Сформулювати закон збереження кількості руху.

5. Сформулювати закон збереження і перетворення енергії.

6. Чому сили, що виникають при ударі, великі?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 20 – а

Визначення прискорення вільного падіння за допомогою машини Атвуда

Теоретичні відомості

П ринцип роботи приладу (машини Атвуда) заснований на використанні законів вільного падіння тіла в повітрі. На машині Атвуда можна визначити прискорення сили ваги g, що і є метою даної лабораторної роботи. Визначення прискорення g носить наближений характер через наявність сил тертя, сили опору повітря, малу величину маси нитки, що зв'язує навантаження з роликом (рис.1).

Рис.

Визначення прискорення сили ваги

Через ролик (2), змонтований на підшипнику таким чином, щоб він міг обертатися з можливо малим опором, проходить нитка з двома однаковими вантажами (1) масою М кожний.

Система знаходиться в рівновазі. Якщо з одного боку блока (ролика) додамо невеликий вантаж-насадку (4) масою m, система (два великих вантажі і вантаж-насадка) одержить прискорення під впливом сили ваги, що діє на вантаж-насадку і, пересуваючись з цим прискоренням, пройде шлях S_n (див. рис.).

На кільці (5) (див. рис.) додатковий вантаж-насадка буде відчеплений і вантажі 1 пройдуть шлях S_p з рівномірним рухом (сили в рівновазі).

У припущенні, що сили тертя і маса ролика і нитки незначні, а нитка нерозтяжна, прискорення сили ваги визначається за формулою

, (1)

де g – прискорення сили ваги (м/с²); М – маса великого вантажу (1); m– маса додаткового вантажу насадки (4); S_п – ділянка шляху рівномірно прискореного руху системи вантажів (М); S_p – ділянка шляху рівномірного руху системи вантажів (1); t – час, за який вантажі без насадки пройдуть шлях S_p (с).

Отримання формули (1)

Покажемо сили, які діють на вантаж системи, що рухається. На великі вантажі (4) діє сила ваги і сила ваги на вантаж-насадку . Із боку нитки на вантажі діють сили натягу і . За третім законом Ньютона . Оскільки праворуч діє більша сила ваги, ніж ліворуч, то лівий вантаж М піде вертикально угору з деяким прискоренням , а правий вантаж масою (М+m) піде вертикально униз із прискоренням . Необхідно помітити, що .

За другим законом Ньютона для кожної осі на вісь «у» у проекціях з урахуванням знака цих проекцій. Для вантажу М

M_g - F_H = - Ma (2)

чи F_H - M_g = Md.

Для вантажів маси (М+m)

(M + m)g - F_H = ( M + m ) a. (3)

Визначимо з (2) F_H = Ma + Mg

і підставимо в (3): (M + m)g – Ma – Mg = (M + m) a,

Далі

Mg + mg – Ma – Mg = Mg + ma,

звідси mg – Ma = Ma + ma;

після скорочення

. (4)

Визначимо величину прискорення, з яким рухаються грузи на ділянці шляху S_n. Після того, як насадка буде знята кільцем (5) (див. рис.), два вантажі пройдуть шлях S_p рівномірно з деякою постійною швидкістю, яку вони отримали наприкінці шляху. Час проходження шляху S_p нам покаже мілісекудомір (див. рис.).

Отже, швидкість на цій ділянці шляху може бути визначена за формулою

. (5)

Ця швидкість є кінцевою для ділянки шляху S_p і при початковій швидкості, рівній нулю (рух почався зі стану відносного спокою), визначається за формулою

. (6)

У формулу (7) підставимо (5) і одержимо

.

Тоді формула (4) може бути записана

.