Тема: Лабораторные работы Условие задачи полностью выглядит так:
Лабораторная работа № 5 «Изучение движения тела по окружности под действием сил упругости и тяжести»
|
Решение задачи:
цель работы: убедиться в том, что при движении тела по окружности под действием нескольких сил их равнодействующая равна произведению массы тела на ускорение: f = ma. для этого используется конический маятник (рис. 178, а).
на прикрепленное к нити тело (им в работе является груз из набора по механике) действуют сила тяжести f1 и сила упругости f2. их равнодействующая равна
сила f и сообщает грузу центростремительное ускорение
(r — радиус окружности, по которой движется груз, т — период его обращения) . для нахождения периода удобно измерить время t определенного числа n оборотов. тогда т =
модуль равнодействующей f сил f1 и f2 можно измерить, скомпенсировав ее силой упругости fупр пружины динамометра так, как это показано на рисунке 178, б. согласно второму закону ньютона,
при подстановке в это равенство полученных в опыте значений fynp, m и а может оказаться, что левая часть этого равенства отличается от единицы. это и позволяет оценить погрешность эксперимента. средства измерения: 1) линейка с миллиметровыми делениями; 2) часы с секундной стрелкой; 3) динамометр. материалы: 1) штатив с муфтой и кольцом; 2) прочная нить; 3) лист бумаги с начерченной окружностью радиусом 15 см; 4) груз из набора по механике. порядок выполнения работы 1. нить длиной около 45 см привяжите к грузу и подвесьте к кольцу штатива. 2. одному из учащихся взяться двумя пальцами за нить у точки подвеса и привести во вращение маятник. 3. второму учащемуся измерить лентой радиус r окружности, по которой движется груз. (окружность можно начертить заранее на бумаге и по этой окружности привести в движение маятник.) 4. определите период т обращения маятника при помощи, часов с секундной стрелкой. для этого учащийся, вращающий маятник, в такт с его оборотами произносит вслух: нуль, нуль и т. д. второй учащийся с часами в руках, уловив по секундной стрелке удобный момент для начала отсчета, произносит: «нуль», после чего первый вслух считает число оборотов. отсчитав 30—40 оборотов, фиксирует промежуток времени t. опыт повторяют пять раз. 5. рассчитайте среднее значение ускорения по формуле (1), учитывая, что с относительной погрешностью не более 0,015 можно считать π2 = 10. 6. измерьте модуль равнодействующей f, уравновесив ее силой упругости пружины динамометра (см. рис. 178, б). 7. результаты измерений занесите в таблицу: номер опыта | t, с | tср,с | n | m, кг | r, м | а, м/с2 | fупр, н | | | | | | | | |
8. сравните отношение
с единицей и сделайте вывод о погрешности экспериментальной проверки того, что центростремительное ускорение сообщает телу векторная сумма действующих на него сил.
груз из набора по механике, подвешенный на закрепленную в верхней точке нить, движется в горизонтальной плоскости по окружности радиуса r под действием двух сил: силы тяжести
и силы упругости n. равнодействующая этих двух сил f направлена горизонтально к центру окружности и сообщает грузу центростремительное ускорение. т - период обращения груза по окружности. его можно вычислить подсчитав время, за которое груз совершает некоторое число полных оборотов
центростремительное ускорение рассчитаем по формуле
теперь, если взять динамометр и прикрепить его к грузу, как показано на рисунке, можно определить силу f (равнодействующую сил mg и n. если груз отклонен от вертикали на расстояние г, как и при движении по окружности, то сила f равна той силе, которая вызывала движение груза по окружности. мы получаем возможность сравнить значение силы f , полученное путем прямого измерения и силы ma, рассчитанной по результатам косвенных измерений и сравнить отношение
с единицей. для того, чтобы радиус окружности, по которой движется груз, изменялся вследствие влияния сопротивления воздуха медленнее и изменение это незначительно влияло на измерения, следует выбирать его небольшим (порядок 0,05~0,1 м). выполнение работы № опыта | t, с | tср, с | n | m, кг | r, м | а, м/с2 | f, h | | | | | | | | |
вычисления
оценка погрешностей. точность измерения: линейка -
секундомер
динамометр
подсчитаем погрешность определения периода (если считать, что число n определено точно):
погрешность определения ускорения подсчитаем как:
погрешность определения ma
(7%), то есть
с другой стороны, силу f мы измерили со следующей погрешностью:
такая погрешность измерения, конечно, очень велика. измерения с такими погрешностями годны только для приблизительных оценок. отсюда видно, что отклонение отношение
от единицы может быть существенным при использовании примененных нами способов измерения*. 1* так что вам не следует смущаться, если в этой лабораторной работе отношение
будет отличным от единицы. просто аккуратно оцените все погрешности измерений и сделайте соответствующий вывод.
|
Задача из главы Лабораторные работы по предмету Физика из задачника Физика 9, Кикоин, Кикоин (9 класс)
Если к данной задачи нет решения - не переживайте. Наши администраторы стараются дополнять сайт решениями для тех задач
и упражнения где это требуется и которые не даны в решебниках и сборниках с ГДЗ. Попробуйте зайти позже. Вероятно, вы найдете то, что искали :)
|
|