Сборник лабораторных работ по механике
|
|||
При механических взаимодействиях тел выполняются механические законы сохранения:
1. В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,
где - импульсы поступательно движущихся тел системы.
2. В замкнутой системе тел суммарный момент импульса системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,
где - моменты импульса вращающихся тел системы.
3. В замкнутой системе тел полная механическая энергия остается постоянной, если взаимодействия между телами происходит с помощью силы гравитации или упругости (но не силы трения)
Целью данной работы является лабораторная проверка выполнения механических законов сохранения и определение некоторых физических величин с помощью этих законов. При этом необходимо всегда иметь в виду, что при механическом движении всегда действуют силы трения и сопротивления. Поэтому потери механической энергии (переход ее во внутреннюю энергию) неизбежны. Но, учитывая работу сил трения, в любом случае можно применить общий закон сохранения энергии:
E1 = E2 + Aтр
Задание 1. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда
Оборудование: машина Атвуда с набором грузов и перегрузков, секундомер, линейка. Массы грузов, перегрузков и блока указаны в «паспорте» прибора.
Полная механическая энергия движущихся грузов в машине Атвуда равна сумме потенциальных и кинетических энергий грузов и вращающегося блока
Е = Еп1 + Ек1 +Еп2 + Ек2 + К
– кинетическая энергия вращения блока, где - момент инерции блока, w - угловая скорость его вращения.
Требуется проверить, что механическая энергия системы одинакова (остается постоянной) в любом положении (в любой момент времени движения). Вычисление энергий проводить с точностью до 0,001 Дж. Остальные указания должны быть понятны при изучении формы отчета к заданию. Погрешности измерений в этом задании не будем учитывать – при тщательном выполнении опытов они составляют не более 5 %.
Ответе на вопросы:
1. Велик ли вклад в общую энергию системы кинетической энергии блока? Сколько максимально процентов он составляет по отношению полной энергии системы? Следовало ли вообще учитывать энергию вращения блока в данном опыте?
2. Оцените в процентах потери механической энергии в «среднем» и «нижнем» положении по отношению к энергии «верхнего» положения.
3. Сделайте вывод: «Выполняется ли с учетом потерь закон сохранения механической энергии в данном опыте? Можно ли применять этот закон к системам, подобным машине Атвуда?».
Задание 2. Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения
Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, шайба (шашка), измерительная линейка.
Задание состоит из двух частей:
1. Сначала надо определить коэффициент трения m1 шайбы о металлическую линейку-желоб. Это можно сделать, например, путем подбора такого угла наклона плоскости, при котором шайба равномерно скользит по ее поверхности.
2.
|
|
|
|
Задание 3. Проверка закона сохранения импульса
Оборудование: наклонный лоток на штативе ,два шарика, лист белой бумаги, листы копировальной бумаги.
В задании необходимо экспериментально доказать, что при ударе тел (шариков) закон сохранения импульса выполняется в векторной форме. Шар массой m2 размешается на краю лотка так, чтобы удар был «косым». Шар массой m1 скатывается с вершины лотка. Отчет представляет собой «отпечаток» мест падения шариков с вычерченным параллелограммом импульсов тел с соответствующими обозначениями. Следует, естественно, проверить полученную фигуру на «параллеграммность». Наблюдаемые отклонения необходимо объяснить.
|
|||||
При механических взаимодействиях тел выполняются механические законы сохранения:
1. В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,
где - импульсы поступательно движущихся тел системы.
2. В замкнутой системе тел суммарный момент импульса системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,
где - моменты импульса вращающихся тел системы.
3. В замкнутой системе тел полная механическая энергия остается постоянной, если взаимодействия между телами происходит с помощью сил гравитации или упругости (но не сил трения)
При этом необходимо иметь в виду, что при механическом движении всегда действуют силы трения и сопротивления. Поэтому потери механической энергии (переход ее во внутреннюю энергию) неизбежны. Но, учитывая работу сил трения, в любом случае можно применить общий закон сохранения энергии:
E1 = E2 + Aтр
Целью данной работы является лабораторная проверка выполнения механических законов сохранения и определение некоторых физических величин с помощью этих законов.
Задание 4. Применение законам сохранения энергии для определения скорости
вылета шайбы с наклонной плоскости
Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, шайба (шашка), измерительные линейки.
Необходимо вывести формулу для вычисления скорости вылета шайбы с конца наклонной плоскости. Для этого следует применить закон сохранения механической энергии с учетом работы силы трения. Расчет скорости можно провести для одного определенного положения плоскости, в котором шайба соскальзывает с достаточно большим ускорением.
Вычисленную скорость следует сравнить со скоростью, которую следует измерить. Здесь также применяется закон сохранения механической энергии.[1]
Задание 5. Применение закона сохранения энергии для определения скорости
скатывания цилиндра с наклонной плоскости
Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, железный цилиндр, измерительные линейки.
Вычислим кинетическую энергию цилиндра катящегося без проскальзывания по горизонтальной поверхности. При этом необходимо учитывать как кинетическую энергию поступательного движения цилиндра, так и кинетическую энергию его вращения
.
Угловая скорость вращения . Момент инерции J цилиндра относительно мгновенной оси качения О может быть найден с помощью теоремы Штейнера
,
где m, R – масса и радиус цилиндра. Тогда
.
Закон сохранения механической энергии при скатывании цилиндра с наклонной плоскости (без учета работы силы трения) можно записать так:
,
отсюда скорость цилиндра в момент вылета с наклонной плоскости
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
