Вивчення закон




Скачати 170.84 Kb.
НазваВивчення закон
Дата конвертації01.02.2014
Розмір170.84 Kb.
ТипЗакон
uchni.com.ua > Фізика > Закон

Херсонський державний технічний університет

Кафедра загальної та прикладної фізики

Дисципліна: фізика. Розділ ”Механіка”

Дворник О.В. 17.03.2004.



Лабораторна робота № 1–2



ВИВЧЕННЯ ЗАКОНІВ КІНЕМАТИКИ ТА ДИНАМІКИ
ПОСТУПАЛЬНОГО РУХУ НА МАШИНІ АТВУДА


Мета роботи: експериментальним шляхом переконатися у справедливості законів кінематики та динаміки поступального руху на машині Атвуда.

Обладнання: лабораторна установка (машина Атвуда), перевантаження.
^

Теоретичні відомості


Найпростіший вид руху – це механічний. Механічним рухом називається зміна з часом положення одного тіла відносно іншого, або зміна відносного положення частин тіла. Закони механічного руху вивчає розділ фізики, який називається механікою, основна мета якої – указати місцезнаходження досліджуваного тіла в просторі відносно інших тіл в будь–який момент часу.

У вирішенні основної задачі механіка розподіляється на два розділи: кінематику та динаміку. Кінематика – це розділ механіки, в якому вивчається рух тіл без з’ясування причин, що обумовлюють цей рух, тобто, вивчаються тільки геометричні властивості механічного руху тіл без врахування їх мас і сил, що діють на них. Основна задача кінематики полягає в тому , щоб у вибраній системі відліку навчитись описувати рух точки (тіла) аналітично, тобто, за допомогою формул. Такий підхід дозволяє пояснити особливості різних видів руху (рівномірного, змінного), та ввести їх фізичні характеристики (час, переміщення, швидкість, прискорення).

Так для рівномірного руху швидкість дорівнює:

(1)

де s – шлях, пройдений тілом за час t. При рівнозмінному русі швидкість та шлях, пройдений тілом, визначаються співвідношеннями:

; (2)

У випадку, коли 0;

; (3)

Однак, повне розуміння руху можна досягти лише враховуючи взаємодії рухомого тіла з іншими тілами. Але це вже предмет іншого розділу механіки – динаміки. Таким чином, динаміка вивчає стан руху матеріальних тіл у зв’язку з тими причинами (взаємодія між тілами), які обумовлюють той чи інший характер руху (рівномірного чи змінного (для точки), поступального чи обертального (для тіла)). В основі так званої класичної або ньютонівської динаміки лежать три закони динаміки, сформульовані І.Ньютоном у 1687 р., і названі на його честь законами Ньютона.

Згідно першого закону Ньютона тіло змінює свій стан спокою або рівномірного прямолінійного руху (тобто, набирає прискорення) тільки в тому випадку, якщо на нього діє інше тіло. Прискорення, таким чином, являється результатом дії одного тіла на інше. Кількісно оцінити дію одного тіла на інше можна за допомогою поняття сили.

Згідно другого закону Ньютона, прискорення, яке набуває тіло, прямо пропорційне прикладеній до тіла силі і обернено пропорційне масі цього тіла: . Дії між тілами завжди носять характер взаємодій. Якщо тіло ^ А діє з якоюсь силою на тіло В, то і тіло В обов’язково діє з деякою силою на тіло А. Сили, з якими два тіла діють одне на одне, завжди рівні за модулем і направлені в протилежні боки. Це лежить в основі третього закону Ньютона, який формулюється так: дії завжди відповідає рівна і протилежна за напрямком протидія. Силу, прикладену до одного тіла, називають дією, прикладену до іншого – протидією, або реакцією. Яку з них назвати дією, а яку реакцією визначається зручністю тієї чи іншої задачі і є чисто умовним.

Мета даної роботи – пересвідчитися в справедливості того, що при поступальному русі:

  1. швидкість рівномірного руху в кожній точці шляху є величина стала:

…сonst (4)

  1. при рівноприскореному русі (0) шлях, пройдений тілом за час t визначається рівнянням:

(5)

  1. переконатися у справедливості другого закону Ньютона:

(6)
^

Опис експериментальної установки


На вертикальній колонці, закріпленій в основі, установлені три кронштейни, (нижній – рухомий, два других – нерухомі), а також ролик та електромагніт. Через ролик проходить нитка з прив’язаними до її кінців тягарцями однакової маси г. Система тягарців виходить із рівноваги і починає рухатись прискорено, якщо на тягарець покласти додаткове перевантаження і вимкнути електромагніт. У момент проходження фотоелектричного датчика середнього кронштейну утворюється електричний імпульс, що сигналізує початок руху. В основі приладу вмонтовано мілісекундомір. Для визначення шляху є міліметрова шкала.

Знайдемо закон руху тягарця ^ 1 з перевантаженням 3 (рис. 1). Нехай маса перевантаження 3, яке лежить на тягарці дорівнює . Тоді на систему «тягарець–перевантаження» діє дві сили: сила тяжіння і сила натягу нитки . Отже рівняння динаміки руху тягарця з перевантаженням згідно другого закону Ньютона (проекція на вісь ) приймає вигляд:

, (7)

де – прискорення тягарця з перевантаженням, – сила натягу нитки. Застосуємо другий закон Ньютона до руху тягарця 2.

– (8)

Якщо припустити, що блок 4 невагомий, а нитка нерозтяжна і невагома, то натяги нитки з обох боків будуть однакові (), а прискорення тягарців 1 і 2 однакові за абсолютною величиною (). Розв’язавши систему рівнянь (7) і (8) відносно , отримаємо:

(9)
^

Проведення експерименту


Вправа №1. Вивчення законів рівномірного руху (рис. 2).

У цій вправі необхідно перевірити дослідним шляхом, що при рівномірному русі швидкість є величина стала, тобто виконується співвідношення (4).Для цього :

  1. На тягарець ^ 1 покладіть перевантаження 3 масою , яке може зніматися при досягненні системою деякої швидкості (рис. 2). Початкове положення тягарця 1 фіксується за допомогою електромагніту навпроти білої риски на верхньому кронштейні.

  2. Нижній кронштейн установіть на відстані від середнього кронштейну.

  3. Натисніть кнопку «Пуск». Система тягарців починає рухатись. У момент зняття перевантаження спрацьовує мілісекундомір, який підраховує час рівномірного руху.

  4. При різних значеннях дослід повторити 3–5 раз.

  5. Дані занести в таблицю № 1.

Вправа № 2. Вивчення законів рівноприскореного руху.

Мета цієї вправи – перевірити справедливість формули шляху (3), та визначити експериментально прискорення рівноприскореного руху при відсутності початкової швидкості.

  1. На тягарець покладіть перевантаження , яке не може зніматися (рис. 3).

  2. Тягарець з перевантаженням встановіть навпроти рівня на середньому кронштейні.

  3. Натисніть кнопку „Пуск”. Одночасно з цим вимикається електромагніт та вмикається мілісекундомір, за допомогою якого визначається час руху тягарця з перевантаженням до їх зіткнення з платформою нижнього кронштейну.

  4. Переміщуючи нижню платформу, змініть . Експеримент повторити 3–5 раз.

  5. Дані занести в таблицю № 2.

Вправа № 3. Перевірка другого закону Ньютона.

Якщо маса системи стала, то прискорення прямо пропорційне зовнішній силі, тобто:

const, (10)

Співвідношення (10) необхідно перевірити дослідним шляхом. Для цього використовуються два перевантаження масою і ().

  1. На тягарець 1 покладіть перевантаження масою , а на тягарець 2 – перевантаження масою (рис. 4а).

  2. Тягарець 1 з перевантаженням встановіть навпроти рівня на середньому кронштейні.

  3. Вимкніть електромагніт і проведіть виміри часу і шляху переміщення системи.

  4. Перекладіть перевантаження на тягарець 1 (зверху на кільцевий тягарець ) (рис. 4б). Виконайте пункти 2-3.

  5. Переміщуючи нижню платформу, змініть .

  6. Експеримент повторити 3–5 раз.

  7. Дані занести в таблицю № 3.


^

Обробка результатів


  1. За даними вправи № 1 за формулою (1) розрахувати швидкості при рівномірному русі, знайти середнє значення швидкості .

  2. Абсолютну і відносну похибки оцінити із співвідношень:

, (11)

, (12)

де –число незалежних розрахунків (=5), –обчислювальна величина.

  1. Розрахунки занести в таблицю № 1.

  2. Остаточні результати записати у вигляді:

. (13)

^
Таблиця № 1







,м/с

, м/с

,м/с

,%

1.



















2.



















3.



















4.



















5.





















  1. За даними вимірювань вправи № 2 розрахувати прискорення за формулою

(12)

  1. Знайти середнє значення прискорення . Абсолютну і відносну похибки оцінити із співвідно шень(11).

  2. Теоретичне значення прискорення визначити за формулою (9).

  3. Розрахунки занести в таблицю № 2.

  4. Остаточні результати записати у вигляді (13):
^
Таблиця № 2
















Маса кільця: = кг







,м/с2

,м/с2

,м/с2

,%

,м/с2

теорія

1.






















2.






















3.






















4.






















5.
























  1. За даними вимірювань вправи № 3 розрахувати прискорення і за формулою (12), що відповідає зовнішній силі і відповідно.

  2. Обчислити середні значення прискорень і відношення (10).

  3. Розрахунки занести в таблицю № 3.

  4. За результатами обчислень зробити загальні висновки по всіх експериментах.



^
Таблиця № 3







,м/с2

,м/с2

,H

,кг–1





















1.



















2.



















3.



















4.



















5.







































1.



















2.



















3.



















4.



















5.




















^

Довідкова інформація




маса циліндричного тягарця

=60 г.



маса кільцевого тягарця товщиною 2 мм

= ___ г



маса кільцевого тягарця товщиною 1,25 мм

= ___ г



Прискорення вільного падіння біля поверхні Землі

=9,807


^

Контрольні питання


  1. Який рух називається поступальним? Чим він відрізняється від обертального?

  2. Дати визначення швидкості, прискоренню. Яка різниця між їх середнім і миттєвим значеннями? Чи використовуються ці величини при виконанні роботи?

  3. Яка мета і задачі механіки, кінематики, динаміки? Дати визначення цим розділам фізики.

  4. Що таке маса тіла, сила?

  5. Сформулюйте закони Ньютона. В яких системах відліку вони справедливі?



Література


  1. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: у 3-х кн. Кн. 1. Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Вища шк., 1995. – C. 6-28.

  2. Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики. У 2-х кн. Кн.1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001. – с. 10-43.

  3. Савельев И.В. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.1. Механика. Молекулярная физика.– М.: Наука, 1987. – с. 17-60.

  4. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика. - М.: Просвещение, 1987. – с. 6-20, с. 35-72.

  5. Киттель Ч., Найт У., Рудерман М. Берклеевский курс фізики. Механика. - М.: Наука, 1975. – 28-37, с. 45-101.

  6. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. В 3-х томах. Т.1. Механіка. Молекулярная фізика. – М.: Наука, 1974 – с. 15-32.

  7. Фізичний практикум, ч.1.: Посібник (В.П.Дущенко, В.М.Барановський та інші). – К.: Вища школа, 1981.

  8. Лабораторный практикум по физике (под ред. А. С. Ахматова), – М.: Высшая школа, 1980, с. 181.

стор. з

Схожі:

Вивчення закон iconЗакон инерции закон інерції закон природы закон природи закон сохранения...
В взаимодействие взаємодія взвешивание зважування вектор вектор внутренняя энергия внутрішня енергія время час
Вивчення закон iconЗакон України «Про місцеве самоврядування в Україні; Закон України «Про захист прав споживачів»
Закон України Про місцеве самоврядування в Україні; Закон України Про регулювання містобудівної діяльності; Наказ Міністерства регіонального...
Вивчення закон iconЗакон України «Про місцеве самоврядування в Україні; Закон України «Про захист прав споживачів»
Закон України Про місцеве самоврядування в Україні; Закон України Про регулювання містобудівної діяльності; Наказ Міністерства регіонального...
Вивчення закон iconЗакон України «Про місцеве самоврядування в Україні; Закон України «Про захист прав споживачів»
Закон України Про місцеве самоврядування в Україні; Закон України Про регулювання містобудівної діяльності; Наказ Міністерства регіонального...
Вивчення закон iconМетодичні рекомендації щодо вивчення хімії в 2011-2012 н р. На вивчення...
...
Вивчення закон icon"закон І ми"
Основна частина бесіди “Закон І ми” (Питання й відповіді на них. Обговорення ситуацій)
Вивчення закон iconЗакон україни
Цей закон встановлює правові основи діяльності в галузі автомобільного транспорту
Вивчення закон iconЗакон України
Цей Закон визначає організаційні І правові засади соціальної роботи з дітьми та молоддю
Вивчення закон iconЗакон україни
Цей Закон визначає загальні засади формування, виконання та коригування національної програми інформатизації
Вивчення закон iconМетодичні рекомендації щодо вивчення географії в 2011-2012 н р. Вивчення географії в 6-9 класах
Вивчення географії в 6-9 класах здыйснюэться за програмою “Географія. Економіка, 6-11 класи”. – Київ “Перун”. 2005- та підручниками,...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка