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

440. Разработка гидравлического привода для металлорежущего станка 508 KB
  Недостатками гидравлического привода, которые ограничивают его применение в станках, являются нестабильность работы привода из-за неизбежных температурных колебаний рабочей жидкости в процессе работы станка и более низкий КПД.
441. Реконструкция цеха по производству колбасы и сосисок в больших объемах 951.5 KB
  реконструкция цеха по производству сосисок Молочные мощностью 700 кг в смену и колбасы Докторская мощностью 750 кг в смену на МУП Уярском мясокомбинате, г. Уяр. Разработан план цеха, обоснована аппаратурно-технологическая схема по производству сосисок с колбасы и технология их получения, выполнен сырьевой расчет.
442. История мировой философии 673.5 KB
  Предмет, структура и функции современной философии. Философия Древней Индии и Древнего Китая. Классический этап развития греческой философии. Философские школы поздней античности. Средневековая философия Запада и классическая арабо-мусульманская философия. Эмпиризм и рационализм после Бэкона и Декарта.
443. Методы нахождения условного и безусловного экстремума 782.5 KB
  Предварительно необходимо найти стационарную точку Х и определить характер экстремума из необходимых и достаточных условий. Найти минимум функции методами прямого поиска и градиентными методоми сопряжённых направлений Пауэлла.
444. Психология менеджмента организаций 548 KB
  Психологические аспекты профессиональной деятельности менеджера. Психология здоровья и стресс в профессиональной деятельности менеджера. Психологические особенности индивидуального и группового консультирования в организации.
445. Пути повышения эффективности производства медных гранул медеплавильного цеха ОАО Уралэлектромедь 852 KB
  Пути повышения эффективности работы предприятия в условиях рынка. Характеристика и технологический процесс медеплавильного цеха. Анализ производственно-хозяйственной деятельности. Безопасность и экологичность работы
446. Расчет трансформатора 331 KB
  Расчет цилиндрической обмотки 1 из провода прямоугольного сечения. Расчет многослойной цилиндрической обмотки 2 из провода круглого сечения. Параметры и относительное изменение напряжения трансформатора. Механические силы в обмотках при коротком замыкании.
447. Лексическая типология оригинальных и переводных текстов: на материале поэтических произведений Дж.М. Хопкинса 304.48 KB
  Лингвистический подход в настоящее время является общепризнанным и подтвержден многочисленными успешными переводами на практике, а также весьма убедительными данными научных исследований.
448. Методы формирования конкурентных преимуществ на примере кофейни 320.78 KB
  Теоретические основы формирования конкурентных преимуществ предприятия. Оценка конкурентных преимуществ кофейни Кофемания. Организационная характеристика деятельности. Формирование конкурентных преимуществ кофейни Кофемания. Рекомендации по обеспечению конкурентных преимуществ.