"O estudo do movimento de um corpo em um círculo sob a ação de duas forças"

Objetivo do trabalho: determinação da aceleração centrípeta de uma bola durante seu movimento uniforme em um círculo.

Equipamento: 1. Tripé com embreagem e pé;

2. fita métrica;

3. bússola;

4. dinamômetro de laboratório;

5. Balanças com pesos;

6. bola em um fio;

7. um pedaço de cortiça furado;

8. folha de papel;

9. régua.

Ordem de trabalho:

1. Determine a massa da bola na balança com precisão de 1 g.

2. Passamos a linha pelo orifício e prendemos a rolha no pé do tripé (Fig. 1)

3. Desenhamos um círculo em uma folha de papel, cujo raio é de cerca de 20 cm e medimos o raio com precisão de 1 cm.

4. Posicionamos o tripé com o pêndulo de forma que a extensão do fio passe pelo centro do círculo.

5. Pegando o fio com os dedos no ponto de suspensão, gire o pêndulo de forma que a bola descreva um círculo igual ao desenhado no papel.

6. Contamos o tempo durante o qual o pêndulo faz, por exemplo, N=50 revoluções. Calculamos o período de circulação T=

7. Determine a altura do pêndulo cônico, para isso meça a distância vertical do centro da bola até o ponto de suspensão.

8. Encontre o módulo de aceleração normal usando as fórmulas:

a n 1 = a n 2 =

a n 1 = a n 2 =

9. Puxamos a bola com um dinamômetro localizado horizontalmente a uma distância igual ao raio do círculo e medimos o módulo do componente F

Então calculamos a aceleração usando a fórmula a n 3 = a n 3 =

10. Os resultados das medições são inseridos na tabela.

número de experiência	R m	N	∆tc	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

Calcule o erro de cálculo relativo a n 1 e escreva a resposta como: a n 1 = a n 1av ± ∆ a n 1av a n 1 =

Concluir:

Perguntas de controle:

1. Que tipo de movimento é o movimento de uma bola em um fio no trabalho de laboratório? Por que?

2. Faça um desenho em seu caderno e indique os nomes corretos das forças. Cite os pontos de aplicação dessas forças.

3. Que leis da mecânica são cumpridas quando o corpo se move neste trabalho? Desenhe graficamente as forças e anote as leis corretamente

4. Por que a força elástica F, medida no experimento, é igual às forças resultantes aplicadas ao corpo? Nomeie a lei.

Para a 9ª série (I.K. Kikoin, A.K. Kikoin, 1999),
tarefa №5
ao capítulo" TRABALHOS DE LABORATÓRIO».

O objetivo do trabalho: garantir que, quando um corpo se move em círculo sob a ação de várias forças, sua resultante seja igual ao produto da massa do corpo pela aceleração: F = ma . Para isso, é utilizado um pêndulo cônico (Fig. 178, a).

No corpo preso ao fio (no trabalho é uma carga de

definido na mecânica) a força da gravidade F 1 e a força da elasticidade F 2 agem. A resultante deles é

Força F e transmite aceleração centrípeta à carga

(r é o raio do círculo ao longo do qual a carga se move, T é o período de sua revolução).

Para encontrar o período, é conveniente medir o tempo t de um certo número N de revoluções. Então T =

O módulo F resultante das forças F 1 e F 2 pode ser medido compensando-o com a força elástica F da mola do dinamômetro, conforme mostra a Figura 178, b.

De acordo com a segunda lei de Newton,

Ao substituir em

esta é a igualdade dos valores F ynp , m e a obtidos no experimento, pode acontecer que o lado esquerdo dessa igualdade seja diferente da unidade. Isso nos permite estimar o erro do experimento.

Instrumentos de medição: 1) régua com divisões milimétricas; 2) relógio com ponteiro dos segundos; 3) dinamômetro.

Materiais: 1) tripé com manga e anel; 2) fio forte; 3) uma folha de papel com um círculo desenhado com raio de 15 cm; 4) uma carga do kit mecânico.

ordem de trabalho

1. Amarre um fio de cerca de 45 cm de comprimento ao peso e pendure-o no anel do tripé.

2. Para um dos alunos, pegue o fio no ponto de suspensão com dois dedos e gire o pêndulo.

3. Para o segundo aluno, meça o raio r do círculo ao longo do qual a carga se move com uma fita. (Um círculo pode ser desenhado antecipadamente no papel e um pêndulo pode ser colocado em movimento ao longo desse círculo.)

4. Determine o período T do pêndulo usando um relógio com ponteiro de segundos.

Para fazer isso, o aluno que gira o pêndulo, sincronizado com suas revoluções, diz em voz alta: zero, zero, etc. O segundo aluno com um relógio nas mãos, aproveitando o momento conveniente para iniciar a contagem regressiva no ponteiro dos segundos, diz: “zero”, após o que o primeiro aluno conta em voz alta o número de revoluções. Depois de contar 30-40 revoluções, fixa o intervalo de tempo t. O experimento é repetido cinco vezes.

5. Calcule o valor médio da aceleração usando a fórmula (1), considerando que com um erro relativo não superior a 0,015, π 2 = 10 pode ser considerado.

6. Meça o módulo da resultante F, equilibrando-o com a força elástica da mola do dinamômetro (ver Fig. 178, b).

7. Insira os resultados da medição na tabela:

8. Compare a proporção

com a unidade e tirar uma conclusão sobre o erro da verificação experimental de que a aceleração centrípeta informa o corpo da soma vetorial das forças que atuam sobre ele.

Uma carga do conjunto mecânico, suspensa por um fio fixado no ponto superior, desloca-se num plano horizontal ao longo de um círculo de raio r sob a ação de duas forças:

gravidade

e força elástica N .

A resultante dessas duas forças F é direcionada horizontalmente para o centro do círculo e confere aceleração centrípeta à carga.

T é o período de circulação da carga em torno da circunferência. Pode ser calculado contando o tempo durante o qual a carga faz um certo número de rotações completas.

A aceleração centrípeta é calculada pela fórmula

Agora, se pegarmos um dinamômetro e o prendermos à carga, como mostra a figura, podemos determinar a força F (resultante das forças mg e N.

Se a carga é desviada da vertical por uma distância r, como no caso do movimento em círculo, então a força F é igual à força que causou o movimento da carga em círculo. Temos a oportunidade de comparar o valor da força F obtida por medição direta e a força ma calculada a partir dos resultados de medições indiretas e

relação de comparação

com unidade. Para que o raio do círculo ao longo do qual a carga se move mude mais lentamente devido à influência da resistência do ar e essa mudança afete levemente as medições, ele deve ser escolhido pequeno (da ordem de 0,05 ~ 0,1 m).

Conclusão do trabalho

Informática

Estimativa de erros. Precisão de medição: régua -

cronômetro

dinamômetro

Calculamos o erro na determinação do período (supondo que o número n seja determinado exatamente):

O erro na determinação da aceleração é calculado como:

Erro na determinação de ma

(7%), ou seja

Por outro lado, medimos a força F com o seguinte erro:

Este erro de medição é, obviamente, muito grande. Medições com tais erros são adequadas apenas para estimativas aproximadas. Pode-se ver a partir disso que o desvio

da unidade pode ser significativo ao usar os métodos de medição usados ​​por nós * .

1 * Portanto, você não deve se envergonhar se neste laboratório a proporção

será diferente da unidade. Apenas avalie cuidadosamente todos os erros de medição e tire a conclusão apropriada.

Nº 1. Estudar o movimento do corpo em círculo

Objetivo do trabalho

Determine a aceleração centrípeta da bola enquanto ela se move uniformemente em um círculo.

parte teórica

Experimentos são realizados com um pêndulo cônico. Uma pequena bola se move ao longo de um círculo de raio R. Ao mesmo tempo, o fio AB, ao qual a bola está presa, descreve a superfície de um cone circular reto. Segue das relações cinemáticas que an = ω 2 R = 4π 2 R/T 2 .

Duas forças atuam sobre a bola: a força da gravidade m e a força da tensão do fio (Fig. L.2, a). De acordo com a segunda lei de Newton m = m + . Tendo decomposto a força nas componentes 1 e 2 , dirigidas ao longo do raio para o centro do círculo e verticalmente para cima, escrevemos a segunda lei de Newton da seguinte forma: m = m + 1 + 2 . Então podemos escrever: ma n = F 1 . Portanto, an = F 1 /m.

O módulo da componente F 1 pode ser determinado pela semelhança dos triângulos OAB e F 1 FB: F 1 /R = mg/h (|m| = | 2 |). Portanto, F 1 = mgR/h e an = gR/h.

Vamos comparar todas as três expressões para um n:

e n \u003d 4 π 2 R / T 2, e n \u003d gR / h, e n \u003d F 1 / m

e certifique-se de que os valores numéricos da aceleração centrípeta obtidos de três maneiras sejam aproximadamente os mesmos.

Equipamento

Tripé com embreagem e pé, fita métrica, bússola, dinamômetro de laboratório, balanças com pesos, bola no fio, pedaço de cortiça com furo, folha de papel, régua.

ordem de trabalho

1. Determine a massa da bola na balança com precisão de 1 g.

2. Passe a linha pelo orifício da rolha e prenda a rolha na perna do tripé (Fig. L.2, b).

3. Desenhe um círculo em uma folha de papel com um raio de cerca de 20 cm e meça o raio com precisão de 1 cm.

4. Posicione o tripé com o pêndulo de forma que a continuação do fio passe pelo centro do círculo.

5. Pegando o fio com os dedos no ponto de suspensão, gire o pêndulo de forma que a bola descreva o mesmo círculo do desenho no papel.

6. Conte o tempo durante o qual o pêndulo faz um determinado número (por exemplo, na faixa de 30 a 60) revoluções.

7. Determine a altura do pêndulo cônico. Para fazer isso, meça a distância vertical do centro da bola até o ponto de suspensão (consideramos h ≈ l).

9. Puxe a bola com um dinamômetro horizontal até uma distância igual ao raio do círculo e meça o módulo do componente 1.

Em seguida, calcule a aceleração usando a fórmula

Comparando os três valores obtidos do módulo de aceleração centrípeta, garantimos que eles são aproximadamente os mesmos.

.

EUFase preparatória

A figura mostra esquematicamente o balanço, conhecido como "passos gigantes". Encontre a força centrípeta, o raio, a aceleração e a velocidade de uma pessoa girando em torno de um poste. O comprimento da corda é de 5 m, a massa de uma pessoa é de 70 kg. A vara e a corda formam um ângulo de 300 durante a circulação. Determine o período se a frequência de rotação do balanço é de 15 min-1.

Dica: um corpo girando em um círculo é afetado pela gravidade e pela força elástica da corda. Sua resultante confere aceleração centrípeta ao corpo.

Insira os resultados dos cálculos na tabela:

Tempo de resposta, s

Velocidade

Período de circulação, s

Raio de circulação, m

Peso corporal, kg

força centrípeta, N

velocidade de circulação, m/s

aceleração centrípeta, m/s2

II. palco principal

Objetivo do trabalho:

Dispositivos e materiais:

1. Antes do experimento, uma carga, previamente pesada em uma balança, é suspensa por um fio na perna do tripé.

2. Sob a carga suspensa, coloque uma folha de papel com um círculo desenhado com um raio de 15 a 20 cm e coloque o centro do círculo em um fio de prumo passando pelo ponto de suspensão do pêndulo.

3. No ponto de suspensão, o fio é puxado com dois dedos e o pêndulo é cuidadosamente colocado em movimento rotacional, de modo que o raio de rotação do pêndulo coincida com o raio do círculo traçado.

4. Coloque o pêndulo em rotação e contando o número de revoluções, meça o tempo durante o qual essas revoluções ocorreram.

5. Registre os resultados das medições e cálculos na tabela.

6. A força resultante da gravidade e a força de elasticidade, encontradas durante o experimento, são calculadas a partir dos parâmetros do movimento circular da carga.

Por outro lado, a força centrípeta pode ser determinada a partir da proporção

Aqui, a massa e o raio já são conhecidos de medições anteriores e, para determinar a força centrífuga da segunda maneira, é necessário medir a altura do ponto de suspensão acima da bola em rotação. Para fazer isso, puxe a bola por uma distância igual ao raio de rotação e meça a distância vertical da bola até o ponto de suspensão.

7. Compare os resultados obtidos pelos dois jeitos diferentes e tirar uma conclusão.

IIIestágio de controle

Na ausência de escalas em casa, a finalidade do trabalho e o equipamento podem ser alterados.

Objetivo do trabalho: medição de velocidade linear e aceleração centrípeta em movimento circular uniforme

Dispositivos e materiais:

1. Pegue uma agulha com linha dupla de 20 a 30 cm de comprimento e insira a ponta da agulha em uma borracha, uma cebola pequena ou uma bola de plasticina. Você receberá um pêndulo.

2. Levante o pêndulo pela ponta livre do fio acima de uma folha de papel sobre a mesa e faça-o girar uniformemente em torno do círculo mostrado na folha de papel. Meça o raio do círculo ao longo do qual o pêndulo se move.

3. Consiga uma rotação estável da bola ao longo de uma determinada trajetória e use o relógio com ponteiro dos segundos para fixar o tempo para 30 revoluções do pêndulo. Usando fórmulas conhecidas, calcule os módulos da velocidade linear e da aceleração centrípeta.

4. Faça uma tabela para registrar os resultados e preencha-a.

Referências:

1. Aulas de laboratório frontal em física no ensino médio. Manual para professores editado. Ed. 2º. - M., "Iluminismo", 1974

2. Trabalho de Shilov na escola e em casa: mecânica.-M.: "Iluminismo", 2007