37730

Изучение законов равноускоренного движения

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения; оценка силы трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке. Ускорение свободного падения можно найти с помощью простого опыта: бросить тело с известной высоты и измерить время падения я затем из формулы вычислить . Основная задача которая стоит перед экспериментатором при определении ускорения свободного падения описываемым методом состоит в выборе оптимального...

Русский

2013-09-25

232 KB

14 чел.

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Наименование факультета – ЕНМ

Наименование выпускающей кафедры – Общая физика

Наименование учебной дисциплины - Физика

Лабораторная работа № 1-03.

«Изучение законов равноускоренного движения».

Исполнитель:

Студентка, группы 13а61(_______) Королева Я.Ю.

подпись   

                                (_______)

 дата

Руководитель, профессор (_______) Крючков Ю.Ю.

  Должность, ученая степень, звание        подпись

          (_______)

     дата

Томск –2007

Изучение равноускоренного движения.

Цель работы: изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения; оценка силы трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке.

Приборы и принадлежности: установка «Машина Атвуда», набор грузов, электронный секундомер.

 

Теоретическое введение.

Ускорение свободного падения  можно найти с помощью простого опыта: бросить тело с известной высоты  и измерить время падения , я затем из формулы  вычислить .

Основная задача, которая стоит перед экспериментатором при определении ускорения свободного падения  описываемым методом, состоит в выборе оптимального соотношения между высотой падения и временем падения. Существует способ, который позволяет при небольшой высоте падения, чтобы можно было пренебречь сопротивлением воздуха, сделать время падения большим по сравнению с тем, которое при непосредственном падении тела с этой высоты получилось бы.

Такой способ реализован в приборе, который называется «Машина Атвуда». Суть работы состоит в следующем. Через блок перекинута нить, на которой закреплены грузы массой  каждый. На один из грузов кладется перегрузок массой . Ускорение груза легко найти, если ввести 2 предположения:

1) Блок и нить невесомы, т.е. их массы равны 0;

2) Трением тела о воздух и трением между блоком и его осью можно пренебречь.

С учетом этого уравнения движения груза имеют вид:

,                                                (1)

где  – сила натяжения нитей,  – ускорение грузов.

Из уравнений (1) получаем

                                                     (2)

                                                                         (3)

Время, за которое груз  опускается на высоту , равно

.                                              (4)

Легко видеть, что чем меньше m и больше , тем больше . Если мы выполним это условие, то получим новую проблему. Тяжелые грузы приведут к увеличению силы трения в блоке, что потребует увеличение перегрузка, и т.д.

Получим соотношение, связывающее ,  и коэффициент трения  в оси блока. Для этого введем понятие перегрузка m0, который только-только приводит в движение систему грузов. В условиях равновесия момент сил натяжения нитей  равен моменту сил трения , где – радиус блока, а , где  – реакция блока;

– радиус оси блока. Из этих условий находят следующее соотношение:

.                                                      (5)

Анализируя (5), приходим к выводу, что m не может быть сколько угодно малой, чтобы удовлетворить требованию больших значений времени. Окончательно формулу (2) можно применять, если . Интуитивно заключают, что трение пренебрежимо мало, если .

Методика определения ускорения движения грузов.

Измерения проводят с перегрузками, превышающими в 35 раз по массе m0. Необходимо убедиться, что в этом случае выполняется зависимость . Для этого переписывают это уравнение в виде

.                                                             (6)                                         

Если положить то получится прямая вида , где , которая проходит через начало координат. Прямая  или  может быть построена по экспериментальным точкам. Для этого выбирают один перегрузок m и различные высоты . Измерение времени для одной и той же высоты проводят несколько раз. На оси ординат откладывают значение , на оси абсцисс - . Если полученные экспериментальные точки ложатся на прямую, то движение системы тел можно считать равноускоренным. По наклону прямой находят коэффициент  в виде соотношения , где - отрезок по оси  и  - соответствующий ему отрезок по оси . Получают равенство

                                                         (7)

Из уравнения (7) определяют . Убеждаются, что его значение действительно меньше .

Экспериментальной проверки легко подвергнуть уравнение (4)

                                        (8)

Если выбрать оси координат  и , вновь можно получить уравнение прямой , проходящей через начало координат и имеющей наклон ;

.                                                              (9)


Таблица 1.

Зависимость времени падения груза от высоты.

1

2

3

4

5

0,70

0,63

0,55

0,49

0,44

3,88

3,61

3,92

3,07

3,05

3,70

3,49

3,59

3,22

2,96

3,88

3,52

3,42

3,19

2,80

3,89

3,53

3,59

3,02

2,77

81∙10-3

81∙10-3

81∙10-3

81∙10-3

81∙10-3

27∙10-3

27∙10-3

27∙10-3

27∙10-3

27∙10-3

Таблица 2.

Зависимость времени падения от массы перегрузка.

1

2

3

4

5

2,7∙10-3

5,4∙10-3

8,1∙10-3

10,8∙10-3

13,5∙10-3

38,8

19,4

13,0

9,7

7,8

4,38

2,89

2,00

1,97

1,52

4,04

2,51

2,01

1,73

1,59

3,81

2,59

1,98

1,75

1,63

3,84

2,61

2,14

1,75

1,56

Таблица 3.

Расчет ускорения движения грузов.

1

2

3

4

5

0,70

0,63

0,55

0,49

0,44

3,88

3,61

3,92

3,07

3,05

3,70

3,49

3,59

3,22

2,96

3,88

3,52

3,42

3,19

2,80

3,89

3,53

3,59

3,02

2,77

3,8375

0,8366

0,095067

3,5375

0,7937

0,10068

3,63

0,7416

0,083479

3,125

0,7

0,100352

2,895

0,6633

0,104999

Таблица 4.

Вычисление погрешностей ускорения движения грузов.

0,097036

0,00371046

0,010315

0,0475

0,0486

Таблица 5.

Расчет ускорения свободного падения грузов.

1

2

3

4

5

2,7∙10-3

5,4∙10-3

8,1∙10-3

10,8∙10-3

13,5∙10-3

38,8

19,4

13,0

9,7

7,8

4,38

2,89

2,00

1,97

1,52

4,04

2,51

2,01

1,73

1,59

3,81

2,59

1,98

1,75

1,63

3,84

2,61

2,14

1,75

1,56

4,0175

6,228964

0,70

3,466

2,65

4,404543

0,70

3,017

2,0325

3,605551

0,70

2,648

1,8

3,1144823

0,70

2,784

1,575

2,792848

0,70

2,650

Таблица 6.

Вычисление погрешностей ускорения свободного падения грузов.

2,913

0,15373

0,42737

0,0475

0,43

Рис.1

Рис.2

Вывод: в результате проведения лабораторной работы  мы изучили динамику поступательного движения связанной системы тел с помощью установки «Машина Атвуда», рассчитали ошибку измерений, а также определили ускорение свободного падения на данной лабораторной установке.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

38493. Общая организация работ и проектная мощность шахты 1.31 MB
  = 0809 при блоковой отработке шахтного поля панельной погоризонтной схеме подготовки вертикальном подъеме; = 075085 при индивидуальной не блоковой отработке шахтного поля панельной схеме подготовки вертикальном подъёме; = 0708 при индивидуальной отработке шахтного поля панельной схеме подготовки наклонном подъёме фланговой схеме вентиляции; = 06075 при индивидуальной отработке шахтного поля этажной схеме подготовки вертикальном подъёме. глубина верхней границы шахтного поля м глубина нижней границы...
38494. Технологические решения по отработке крутых угольных пластов с закладкой выработанного пространства 506.5 KB
  Технологические решения по отработке крутых угольных пластов с закладкой выработанного пространства 1. Нижний угленосный горизонт приурочен к среднечепинской подсвите второй ритмопачки J3 ср22 включает до 40 пластов и пропластков от 5 до 18 из которых имеют рабочую мощность 07 и более метров. В восточной части месторождения залегает шесть пластов в1–в5 в7 от средней мощности до мощных и сверхмощных.
38496. Роман Набокова «Соглядатай» 48 KB
  Сразу же сформировались две основные точки зрения на повествователя. Судя по всему определяя Пильграма Цинцинната и повествователя в Соглядатае как разнородные символы творца художника поэта[825] критик не причисляет их к людям создающим художественные ценности а имеет в виду следующий смысл: отношение к жизни как к творчеству поэтическое видение мира. В последнее время наметилась тенденция отождествлять повествователя в Соглядатае с убийцей Германом из Отчаяния: И подлец Смуров в Соглядатае“ и неудачливый убийца ...
38497. ԳՐԱՃԱՆԱՉՈԻԹՅԱՆ ՄԵԹՈԴԻԿԱ 483 KB
  Յուրաքանչյուր ժողովրդի մշակույթի ու դպրոցի պատմությունն սկիզբ է առնում ազգային գրերի ստեղծումից և դրանց ուսուցումից։ Այս առումով մանկավարժական գիտություններից ամենից հինը մայրենի լեզվի մեթոդիկան է, իսկ նրանում էլ ամենահինը՝ գրաճանաչության բաժինը։ Սակայն չնայած այդ պատկառելի հնությանը, զարմանալիորեն
38499. Организационная культура предприятия на примере ООО РИА «Веда-Консультант» 575 KB
  Процесс формирования и развития организационной культуры очень интересен так как появляется возможность регулировать поведение персонала на основе тех ценностей которые актуальны для организации. Все больше руководителей и менеджеров по персоналу сегодня задумываются о необходимости целенаправленного формирования организационной культуры. При этом управление не только соответствует культуре организации сильно зависит от нее но и оказывает влияние на формирование и адаптацию культуры к новой стратегии. Формирование организационной культуры...
38500. Правовая аномия в Украинском обществе 210 KB
  В условиях провозглашенной политическим руководством Украины курса на модернизацию вырисовываются контуры радикальной перестройки сфер общественной жизни которые требуют немалых усилий по преодолению правовой аномии в украинском обществе как массовых неправовых практик населения и маргинализации ценности права. Специфика правовой аномии в украинском обществе не может быть списана только за счет издержек социальной транзиции или концепции культурной самобытности выражающейся в архетипах социальной анархии или имманентного бесправия....
38501. Бухгалтерский учет и аудит затрат на производство продукции (на примере ОАО «Альфа») 862.5 KB
  Для принятия верных решений, обеспечивающих максимальное повышение прибыли и устойчивости предприятия на рынке необходима полная и достоверная информация о затратах, отражаемая в бухгалтерском учете и отчетности. Поэтому, именно учет и аудит затрат на производство продукции является на предприятии одним из важнейших объектов процесса управления.