.
Вычислите с помощью полученной формулы скорость вылета цилиндра с наклонной плоскости. Измерьте скорость вылета цилиндра, используя методику задания 4. Сравните вычисленную и измеренную скорости. [2]
Задание 6. Измерение момента инерции тела методом скатывания с наклонной
плоскости
Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, цилиндрические тела известной массы, измерительные линейки.
Методом скатывания с наклонной плоскости можно определять моменты инерции любых «круглых» тел
Используя прем, примененный в задании 4, измерьте скорость вылета выданного тела с наклонной плоскости. С помощью последней формулы вычислите момент инерции тела относительно оси качения. Для пересчета момента инерции относительно оси симметрии используйте теорему Штейнера
ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ
Лабораторная работа №3.
Динамика поступательного движения
Цель работы: углубить представление о механических силах, о работе и энергии; освоить методику и технику измерений; проверить на практике законы сохранения импульса и механической энергии; закрепить навыки обработки и представления экспериментальных наблюдений.
Оборудование: Линейка-желоб, линейка ученическая, две шайбы (шашки).
Задание 1. Определение коэффициента трения.
Для определения коэффициент трения скольжения шайбы о поверхность линейки-желоба собирают установку в соответствии с рисунком, и подбирают такой угол наклона α, при котором шайба равномерно скользит по её поверхности. Коэффициент трения в этом случае равен тангенсу угла наклона
k1=tgα. (1)
(Можно воспользоваться соотношением tgα=h/L)
Таблица 1. Результаты измерения коэффициента трения по линейке-желобу.
|
|
h |
L |
tgα=h/L =k1 |
<k1> |
|
1 |
|
|
|
|
k1=………
Работа силы трения на всей длине S1 наклонной плоскости равна
А=k1mgcosα∙S = k1mg L.
В соответствии с законом сохранения энергии, шайба, скатившаяся с высоты h, в конце наклонной плоскости обладает кинетической энергией
mv2/2 = mgh – k1mgL (2)
За счет этой энергии она продолжит движение по горизонтальной поверхности и остановится на таком расстоянии S2 от основания наклонной плоскости, когда работа силы трения сравняется с исходным значением кинетической энергии. Отсюда получаем:
mgh – k1mgL= k2 mgS2 (3)
где k2 - коэффициент трения скольжения шайбы по столу. Отсюда находим
k2 = (h-k1L)/S2 (4)
В соответствии с описанной методикой проделайте измерения и определите коэффициенты трения скольжения шайбы о поверхности линейки-желоба и стола. Результаты занесите в таблицу 2. Оцените статистические погрешности измерений и представьте результаты в форме интервала.
Таблица 2. Результаты определения коэффициента трения по столу.
|
|
h, см |
L , см |
S2, см |
k1 |
k2 |
<k2> |
Δk2 |
<Δk2> |
δ,% |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k2=………±…………
Задание 2. Определение мгновенной скорости шайбы.
Скорость шайбы в конце скатывания можно определить экспериментально следующим способом. Установите наклонную плоскость возле края стола и так, чтобы шайба, пройдя после скатывания 2-3 см, начала свободно падать. Время ее падения можно определить по формуле t=√(2h/g), где h - высота стола. Измерив расстояние l, которое она пролетает по горизонтали от края стола, вычисляют скорость ее горизонтального движения
V=<l>/ √(2h/g) (5)
Таблица 3. Результаты определения мгновенной скорости шайбы в конце наклонной плоскости.
|
|
h, см |
l1 , см |
g, см/с2 |
V, см/с |
<V>,см/с |
ΔV, см/с |
<Δ>, см/с |
δ,% |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
V=………±…………
Скорость шайбы в конце скатывания можно определить также из формулы (2):
V2=2g(h – kL) (6)
Рассчитайте значение мгновенной скорости для той же высоты скатывания и сравните с экспериментальными результатами. Объясните полученный результат.
Таблица 4. Результаты расчета мгновенной скорости шайбы в конце наклонной плоскости.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задание 3. Проверка закона сохранения энергии.
По вычисленному в задании 2 значению скорости можно определить кинетическую энергию шайбы в момент выхода ее на стол. При дальнейшем движении сила трения о поверхность стола тормозит ее и останавливает на некотором расстоянии ST (тормозной путь). Для этого случая закон сохранения энергии принимает вид
mV2/2=k2mgST (7)
Воспользовавшись измеренным в задании 1 значением коэффициента трения k2, рассчитайте тормозные пути для всех трех случаев, рассмотренных в задании 2. Затем определите эти же тормозные пути - Sр - экспериментально. Результаты занесите в таблицу 5. Дайте объяснение полученным расхождениям теории и практики.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
