"Ķermeņa kustības apļa izpēte divu spēku iedarbībā"

Darba mērķis: lodītes centripetālā paātrinājuma noteikšana tās vienmērīgas kustības laikā pa apli.

Aprīkojums: 1. statīvs ar sakabi un kāju;

2. mērlente;

3. kompass;

4. laboratorijas dinamometrs;

5. svari ar atsvariem;

6. bumba uz vītnes;

7. korķa gabals ar caurumu;

8. papīra lapa;

9. lineāls.

Darba kārtība:

1. Nosakiet lodītes masu uz svariem ar precizitāti 1 g.

2. Izlaižam vītni cauri caurumam un iespraužam spraudni statīva pēdā (1. att.)

3. Uzzīmējiet apli uz papīra, kura rādiuss ir aptuveni 20 cm. Mēs izmērām rādiusu ar precizitāti 1 cm.

4. Novietojam statīvu ar svārstu tā, lai auklas pagarinājums izietu cauri apļa centram.

5. Paņemot diegu ar pirkstiem piekares punktā, pagrieziet svārstu tā, lai bumbiņa raksturotu apli, kas vienāds ar uz papīra uzzīmēto.

6. Saskaitām laiku, kurā svārsts veic, piemēram, N=50 apgriezienus. Aprites perioda aprēķināšana T=

7. Nosakiet koniskā svārsta augstumu Lai to izdarītu, izmēra vertikālo attālumu no lodītes centra līdz piekares punktam.

8. Atrodiet normālā paātrinājuma moduli, izmantojot formulas:

a n 1 = a n 2 =

a n 1 = a n 2 =

9. Izmantojot horizontālo dinamometru, mēs pavelkam lodi līdz attālumam, kas vienāds ar apļa rādiusu, un izmērām komponentes F moduli.

Pēc tam mēs aprēķinām paātrinājumu, izmantojot formulu a n 3 = a n 3 =

10. Mērījumu rezultātus ievadām tabulā.

Pieredze Nr.	R m	N	∆t c	T c	h m	m kg	F N	a n1 m/s 2	a n 2 m/s 2	a n 3 m/s 2

Aprēķiniet relatīvo aprēķina kļūdu a n 1 un uzrakstiet atbildi formā: a n 1 = a n 1av ± ∆ a n 1av a n 1 =

Izdariet secinājumu:

Kontroles jautājumi:

1. Kāda veida kustība ir lodītes kustība pa auklu laboratorijas darbos? Kāpēc?

2. Piezīmju grāmatiņā izveido zīmējumu un pareizi norādi spēku nosaukumus. Nosauciet šo spēku pielietojuma punktus.

3. Kādi mehānikas likumi ir izpildīti, kad ķermenis pārvietojas šajā darbā? Grafiski uzzīmējiet spēkus un pareizi uzrakstiet likumus

4. Kāpēc eksperimentāli izmērītais elastīgais spēks F ir vienāds ar ķermenim pieliktajiem rezultējošajiem spēkiem? Nosauc likumu.

9. klasei (I.K.Kikoin, A.K.Kikoin, 1999)
uzdevums №5
uz nodaļu " LABORATORIJAS DARBI».

Darba mērķis: pārliecināties, ka, ķermenim kustoties pa apli, iedarbojoties vairākiem spēkiem, to rezultants ir vienāds ar ķermeņa masas un paātrinājuma reizinājumu: F = ma. Šim nolūkam tiek izmantots konisks svārsts (178. att., a).

Uz korpusa, kas piestiprināts pie vītnes (darbā tā ir slodze, kas izgatavota no

noteikts mehānikā) iedarbojas gravitācijas spēks F 1 un elastības spēks F 2. To rezultāts ir vienāds ar

Spēks F piešķir slodzei centripetālu paātrinājumu

(r ir apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas slodze, T ir tās apgriezienu periods).

Lai atrastu periodu, ir ērti izmērīt laiku t noteiktam N apgriezienu skaitam. Tad T =

Spēku F 1 un F 2 rezultējošā F moduli var izmērīt, kompensējot to ar dinamometra atsperes vadības elementa elastības spēku F, kā parādīts 178. attēlā, b.

Saskaņā ar otro Ņūtona likumu,

Aizstājot uz

šī ir eksperimentāli iegūto vērtību vienādība F ynp , m un a var izrādīties kreisā pusešī vienlīdzība atšķiras no vienotības. Tas ļauj mums novērtēt eksperimenta kļūdu.

Mērinstrumenti: 1) lineāls ar milimetru dalījumiem; 2) pulkstenis ar sekunžu rādītāju; 3) dinamometrs.

Materiāli: 1) statīvs ar sakabi un gredzenu; 2) stiprs pavediens; 3) papīra lapa ar novilktu apli ar rādiusu 15 cm; 4) svars no mehānikas komplekta.

Darba kārtība

1. Apmēram 45 cm garu diegu piesien pie atsvariņa un pakar to pie statīva gredzena.

2. Viens no skolēniem ar diviem pirkstiem satver diegu piekares punktā un pagriež svārstu.

3. Otrajam skolēnam ar lenti izmēra apļa rādiusu r, pa kuru pārvietojas slodze. (Varat iepriekš uz papīra uzzīmēt apli un iestatīt svārstu kustībā pa šo apli.)

4. Izmantojot pulksteni ar sekunžu rādītāju, nosakiet svārsta apgriezienu periodu T.

Lai to izdarītu, skolēns, griežot svārstu, laikā ar tā apgriezieniem, skaļi saka: nulle, nulle utt. Otrs skolēns ar pulksteni rokās, noķēris sekunžu rādītājā piemērotu brīdi, lai sāktu skaitīt, saka: “nulle”, pēc kura pirmais students skaļi skaita apgriezienu skaitu. Pēc 30-40 apgriezienu skaitīšanas tiek reģistrēts laika intervāls t. Eksperimentu atkārto piecas reizes.

5. Aprēķiniet vidējo paātrinājuma vērtību, izmantojot formulu (1), ņemot vērā, ka ar relatīvo kļūdu, kas nav lielāka par 0,015, varam pieņemt π 2 = 10.

6. Izmēra iegūtā F moduli, līdzsvarojot to ar dinamometra atsperes elastīgo spēku (sk. 178. att., b).

7. Ievadiet mērījumu rezultātus tabulā:

8. Salīdziniet attieksmi

ar vienotību un izdariet secinājumu par kļūdu eksperimentālajā pārbaudē, ko ķermenim piešķir centripetālais paātrinājums, ir uz to iedarbojošo spēku vektora summa.

Slodze no mehānikas komplekta, kas piekārta uz vītnes, kas piestiprināta augšējā punktā, pārvietojas horizontālā plaknē pa apli ar rādiusu r divu spēku iedarbībā:

smagums

un elastības spēks N.

Šo divu spēku rezultāts F ir vērsts horizontāli uz apļa centru un piešķir slodzei centripetālu paātrinājumu.

T ir slodzes cirkulācijas periods aplī. To var aprēķināt, aprēķinot laiku, kurā slodze veic noteiktu skaitu pilnu apgriezienu

Aprēķināsim centripetālo paātrinājumu, izmantojot formulu

Tagad, ja paņemat dinamometru un pievienojat to slodzei, kā parādīts attēlā, varat noteikt spēku F (spēku mg un N rezultāts.

Ja slodze tiek novirzīta no vertikāles ar attālumu r, kā, pārvietojoties pa apli, tad spēks F ir vienāds ar spēku, kas izraisīja slodzes kustību pa apli. Iegūstam iespēju salīdzināt ar tiešo mērījumu iegūto spēka F vērtību un spēku ma, kas aprēķināta no netiešo mērījumu rezultātiem un

salīdzināt attieksmi

ar vienu. Lai apļa rādiuss, pa kuru pārvietojas slodze, gaisa pretestības ietekmē mainītos lēnāk un šīs izmaiņas nedaudz ietekmētu mērījumus, tas jāizvēlas mazs (apmēram 0,05 ~ 0,1 m).

Darba pabeigšana

Aprēķini

Kļūdas novērtējums. Mērījumu precizitāte: lineāls -

hronometrs

dinamometrs

Aprēķināsim kļūdu perioda noteikšanā (pieņemot, ka skaitlis n ir noteikts precīzi):

Mēs aprēķinām kļūdu paātrinājuma noteikšanā šādi:

Noteikšanas kļūda ma

(7%), tas ir

No otras puses, mēs izmērījām spēku F ar šādu kļūdu:

Šī mērījuma kļūda, protams, ir ļoti liela. Mērījumi ar šādām kļūdām ir piemēroti tikai aptuvenām aplēsēm. Tas parāda, ka novirzes koeficients

no viena var būt nozīmīgs, izmantojot mūsu izmantotās mērīšanas metodes *.

1 * Tāpēc jums nevajadzētu samulsināt, ja šī laboratorija ir saistīta

atšķirsies no vienotības. Vienkārši rūpīgi novērtējiet visas mērījumu kļūdas un izdariet atbilstošu secinājumu.

Nr. 1. Ķermeņa kustības izpēte aplī

Darba mērķis

Nosakiet bumbiņas centripetālo paātrinājumu, kad tā vienmērīgi pārvietojas pa apli.

Teorētiskā daļa

Eksperimenti tiek veikti ar konisku svārstu. Maza bumbiņa kustas pa apli ar rādiusu R. Šajā gadījumā vītne AB, pie kuras piestiprināta lode, raksturo taisna riņķveida konusa virsmu. No kinemātiskajām attiecībām izriet, ka аn = ω 2 R = 4π 2 R/T 2.

Uz lodi iedarbojas divi spēki: gravitācijas spēks m un vītnes stiepes spēks (L.2. att., a). Saskaņā ar Ņūtona otro likumu m = m +. Sadalot spēku komponentos 1 un 2, kas vērsti radiāli uz apļa centru un vertikāli uz augšu, mēs rakstām Ņūtona otro likumu šādi: m = m + 1 + 2. Tad mēs varam rakstīt: ma n = F 1. Tādējādi a n = F 1 /m.

Komponentes F 1 moduli var noteikt, izmantojot trīsstūru OAB un F 1 FB līdzību: F 1 /R = mg/h (|m| = | 2 |). Tādējādi F 1 = mgR/h un a n = gR/h.

Salīdzināsim visas trīs n izteiksmes:

un n = 4 π 2 R/T 2, un n = gR/h, un n = F 1 /m

un pārliecinieties, ka ar trim metodēm iegūtā centripetālā paātrinājuma skaitliskās vērtības ir aptuveni vienādas.

Aprīkojums

Statīvs ar sakabi un kāju, mērlente, kompass, laboratorijas dinamometrs, svari ar atsvariem, bumbiņa uz auklas, korķa gabals ar caurumu, papīra lapa, lineāls.

Darba kārtība

1. Nosakiet lodītes masu uz skalas ar precizitāti 1 g.

2. Izvelciet vītni cauri spraudņa caurumam un nostipriniet spraudni statīva pēdā (L.2. att., b).

3. Uzzīmējiet apli uz papīra ar aptuveni 20 cm rādiusu. Izmēriet rādiusu ar precizitāti līdz 1 cm.

4. Novietojiet statīvu ar svārstu tā, lai vītnes turpinājums iet cauri apļa centram.

5. Paņemot diegu ar pirkstiem piekares punktā, pagrieziet svārstu tā, lai bumbiņa raksturotu to pašu apli, kas uzzīmēts uz papīra.

6. Saskaitiet laiku, kurā svārsts veic noteiktu (piemēram, diapazonā no 30 līdz 60) apgriezieniem.

7. Nosakiet koniskā svārsta augstumu. Lai to izdarītu, izmēra vertikālo attālumu no lodītes centra līdz piekares punktam (pieņemam, ka h ≈ l).

9. Pavelciet lodi ar horizontālu dinamometru līdz attālumam, kas vienāds ar apļa rādiusu, un izmēra 1. sastāvdaļas moduli.

Pēc tam aprēķiniet paātrinājumu, izmantojot formulu

Salīdzinot iegūtās trīs centripetālā paātrinājuma moduļa vērtības, mēs esam pārliecināti, ka tās ir aptuveni vienādas.

.

esSagatavošanas posms

Attēlā parādīta šūpoles, kas pazīstamas kā milzu pakāpiens, shematiska diagramma. Atrodiet šūpolēs ap stabu esošā cilvēka centripetālo spēku, rādiusu, paātrinājumu un griešanās ātrumu. Virves garums ir 5 m, cilvēka svars ir 70 kg. Kad stabs un virve griežas, tie veido 300 leņķi. Nosakiet periodu, ja šūpošanās griešanās frekvence ir 15 min-1.

Padoms: uz ķermeni, kas kustas pa apli, iedarbojas gravitācijas spēks un virves elastīgais spēks. To rezultātā ķermenim tiek piešķirts centripetālais paātrinājums.

Aprēķinu rezultātus ievadiet tabulā:

Aprites laiks, s

Ātrums

Aprites periods, s

Cirkulācijas rādiuss, m

Ķermeņa svars, kg

centripetālais spēks, N

cirkulācijas ātrums, m/s

centripetālais paātrinājums, m/s2

II. Galvenā skatuve

Darba mērķis:

Aprīkojums un materiāli:

1. Pirms eksperimenta uz statīva kājas uz vītnes pakariet slodzi, kas iepriekš nosvērta uz svariem.

2. Zem pakarināmā atsvara novietojiet papīra lapu, uz kuras uzvilkts aplis ar rādiusu 15-20 cm. Novietojiet apļa centru uz svērtenes, kas iet cauri svārsta piekares punktam.

3. Piekares punktā paņemiet diegu ar diviem pirkstiem un uzmanīgi ievediet svārstu rotācijā tā, lai svārsta griešanās rādiuss sakristu ar novilktā apļa rādiusu.

4. Iestatiet svārstu griešanās režīmā un, skaitot apgriezienu skaitu, izmēra laiku, kurā šie apgriezieni notika.

5. Mērījumu un aprēķinu rezultātus ierakstiet tabulā.

6. Eksperimenta laikā konstatētais rezultējošais gravitācijas spēks un elastības spēks tiek aprēķināts no slodzes apļveida kustības parametriem.

No otras puses, centripetālo spēku var noteikt pēc proporcijas

Šeit masa un rādiuss jau ir zināmi no iepriekšējiem mērījumiem, un, lai otrā veidā noteiktu centrbēdzes spēku, ir nepieciešams izmērīt piekares punkta augstumu virs rotējošās lodes. Lai to izdarītu, pavelciet bumbu līdz attālumam, kas vienāds ar griešanās rādiusu, un izmēra vertikālo attālumu no lodes līdz piekares punktam.

7. Salīdziniet abus iegūtos rezultātus Dažādi ceļi un izdarīt secinājumu.

IIIKontroles posms

Ja mājās nav svaru, var tikt mainīts darba mērķis un aprīkojums.

Darba mērķis: lineārā ātruma un centripetālā paātrinājuma mērīšana vienmērīgas apļveida kustības laikā

Aprīkojums un materiāli:

1. Paņem adatu ar dubultdiegu 20-30 cm garumā Iedur adatas galu dzēšgumijā, mazā sīpoliņā vai plastilīna bumbiņā. Jūs saņemsiet svārstu.

2. Paceliet svārstu aiz vītnes brīvā gala virs papīra lapas, kas atrodas uz galda, un pagrieziet to vienmērīgi pa apli, kas attēlots uz papīra lapas. Izmēra apļa rādiusu, pa kuru pārvietojas svārsts.

3. Panākt stabilu lodītes rotāciju pa doto trajektoriju un izmantot pulksteni ar sekunžu rādītāju, lai reģistrētu laiku 30 svārsta apgriezieniem. Izmantojot zināmās formulas, aprēķiniet lineārā ātruma un centripetālā paātrinājuma moduļus.

4. Izveidojiet tabulu rezultātu ierakstīšanai un aizpildiet to.

Atsauces:

1. Frontālās laboratorijas stundas fizikā vidusskolā. Rokasgrāmata skolotājiem, rediģēta. Ed. 2. - M., "Apgaismība", 1974

2. Šilova darbs skolā un mājās: mehānika - M.: “Prosveshcheniye”, 2007.g