Лабораторная работа: Законы сохранения механики

Таблица 2

для второго шкива

Таблица 3

Обработка результатов измерений

1. В конце каждой таблицы рассчитать средние значения измеренных величин и случайные погрешности измерений.

2. По формуле (7) рассчитать момент инерции маховика для измерений с первым и вторым шкивами.

3. Рассчитать погрешность I для одного из случаев по формуле:

(DI/I)2=(Dm/m)2+ 4(Dd/d)2 + 4(Dt/t)2 + (DН/Н)2 +..+(Dn2/n2)2n12/(n1+n2)2.

4. Сравнить результаты расчетов I при работе с первым и вторым шкивами. Дополнительное задания: рассчитать силы натяжения нити, моменты этих сил при работе с первым и вторым шкивами. Показать, что отношение моментов приближенно равно отношению диаметров шкивов и равно отношению ускорений, с которыми движется груз в первом и втором случаях. Определить потери механической энергии при движении груза от верхней точки до момента удара об пол.

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения в дифференциальной форме.

2.Что называется моментом инерции материальной точки и твердого тела относительно оси? В каких единицах он измеряется?

3.От чего зависит значение момента инерции данного тела?

4.Как читается теорема Гюйгенса – Штейнера?

5.Вывести формулу для натяжения нити Т.

6.Какой закон положен в основу вывода рабочей формулы? Вывести формулу.

7.Момент каких сил вызывает вращение маятника?

8.Выведите формулу для определения момента инерции:

а) тонкого стержня относительно его середины;

б) тонкого кольца;

в) тонкого диска.

Лабораторная работа №4

ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА «НАКЛОННАЯ ПЛОСКОСТЬ»

Цель работы: установка предназначена для изучения законов динамики поступательного и вращательного движения при движении тел по наклонной плоскости, определения коэффициента трения скольжения и иллюстрации теоремы об изменении кинетической энергии.

Приборы и принадлежности: секундомер, линейка, установка «Наклонная плоскость»:

габаритные размеры – не более 870´180´180 мм

масса – не более 12 кг

Состав изделия и комплект поставки:

1.Основание – 1шт.

2.Стойка – 1шт.

3.Наклонная плоскость с узлом крепления – 1 шт.

4.Коробка со сменными грузами m1=(189,3±0,1)г – 1 шт.

5.Груз на нити m2 – 1шт.

6.Дополнительные грузы – 2 шт.

Устройство и принцип работы

Установка (рис. 4) состоит из наклонной плоскости 1 представляющей собой профиль, по дну которого скользит коробка с грузом. На одном из концов наклонной плоскости закреплен невесомый блок 2 (шлифованая ось), на другом – массивный шкив 3. Коробка с грузом m1 перемещается между фиксаторами 4 и 5. Наклонная плоскость закреплена на штативе 6, позволяющем изменять высоту наклонной плоскости над уровнем стола, а также изменять угол наклона плоскости относительно горизонта. Установка комплектуется набором грузов m2 (7) для рассмотрения движения связанных тел. Для эксплуатации установки требуется секундомер.

Вывод расчетных формул

Поступательное движение грузов m1 и m2 можно описать с помощью второго закона Ньютона. Для груза m1 уравнения второго закона Ньютона в проекциях на оси х и у (рис. 4) выглядят так:

Fтр – T1 + m1gsina = – m1a1,(1)

N – m1g cosa = 0 (2)

Для груза m2 закон Ньютона в проекции на ось у дает

Т2 – m2 g = – m2a2.(3)

Полагая, что скольжение нити по оси 2 происходит без трения, а сама нить невесома, можно записать: Т1 = Т2 = Т, а1 = а2 = а. В этом случае решение системы уравнений (1), (2), (3) дает значение ускорения, с которым движутся грузы m1 и m2:

а =(m2g – m1gsina – mm1g cosa)/ (m1 +m2). (4)

При некотором критическом значении угла наклона плоскости aкр система двух грузов может двигаться равномерно, т. е. а = 0. Следовательно, из соотношения (4) можно определить величину коэффициента трения скольжения:

m= tg aкр – m2/m1 соs aкр .(5)

Если тело m1 не соединено нитью с телом m2 (m2 = 0), то

а = g(sina – mm1g cosa) (6)

и m = tg aкр.(7)

Следовательно, построив график зависимости а = f(tg a), можно экстраполяцией найти m = tg aкр.

С другой стороны, зная значения m и а, можно определить работу всех сил, действующих на тела системы, и проверить теорему об изменении кинетической энергии. Для упрощения задачи рассмотрим движение только тела m1. Для него запишем теорему

DWK = Aвсех сил ,(8)

где DWK = mv2/2. (9)

Работа всех сил, действующих на тело m1:

AT = m2 (g – а)l,

Amgl = - m1gl sina,

Aтр = -m m1gl cosa .(10)

Следовательно, можно произвести проверку соотношения (8). При этом опытным путем определяются

a = 2l/t2, (11)

v = 2l/t (12)

и m по формуле (5).

Подготовка изделия к работе

1. Закрепить стойку на основании.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13