37965

ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Лабораторная работа

Физика

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИФЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА Методические указания К лабораторной работе № 6 По курсу общей физики Уфа 2000 Составитель А.43 Проверка основных законов кинематики и динамики поступательного движения твердого тела; Методические указания к лабораторной работе № 6 по курсу общей физики Уфимск. Работа знакомит с...

Русский

2013-09-25

480 KB

26 чел.

        

          МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИФЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

      ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ

КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ

ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

ТВЕРДОГО ТЕЛА

Методические указания

к лабораторной работе № 6

по курсу общей физики

Уфа 2000

 Бесплатно.

 

        

 

    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИФЦИОННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ОБЩЕЙ ФИЗИКИ

ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ

КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ

ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

ТВЕРДОГО ТЕЛА

Методические указания

К лабораторной работе № 6

По курсу общей физики

Уфа 2000

Составитель А.Р. Бигаева

УДК 621.319.43

        Проверка основных законов кинематики и динамики поступательного движения твердого тела; Методические указания к лабораторной работе № 6 по курсу общей физики/ Уфимск.гос.авиац.техн. институт. Сост. А.Р. Бигаева, Уфа, 2000, 9c.

    

   Методические указания предназначены для студентов, выполняющих физический практикум по разделу ”Физические основы механики”.

Работа знакомит с основными законами кинематики и динамики поступательного движения твердого тела.

             Ил. 2.  Бибилиогр.: 3 назв.  

 

Формат 60x84  1/16

Бумага оберточная. Печать плоская. Усл.печ.л.0,6.Усл.кр.-отт.0,6

Уч.-изд.л.0,5.  Тираж 250   экз.   Бесплатно.

Уфимский государственный авиационный технический университет

Уфимская типография №2 Министерства печати и массовой информации

Республики Башкортостан

           Уфа-450000, Уфа-центр, Ул. К. Маркса, 12



     3

СОДЕРЖАНИЕ

  1.  Цель работы ………………………………………………4
  2.  Теоретическая часть……………………………………..4
  3.  Экспериментальная часть……………………………… 5
    1.  Схема прибора Атвуда……………………………....  5
    2.  Конструкция прибора Атвуда……………………… 7
  4.  Выполнение работы……………………………………….8
    1.  Подготовка прибора к измерениям………………….8
    2.  Измерение ускорения свободного падения…………8
    3.  Проверка второго закона Ньютона………………….9
  5.  Контрольные вопросы…………………………………….9
  6.  Список литературы………………………………………..9

             4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ПРОВЕРКА ОСНОВНЫХ ЗАКОНОВ

КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ

ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

ТВЕРДОГО ТЕЛА

1.Цель Работы

Проверка основных законов кинематики и динамики поступательного движения твердого тела на машине Атвуда

 

2. Теоретическая  Часть

Простейшая форма движения – это механическое движение, которое характеризуется изменением с течением времени взаимного расположения тел или их частей относительно друг друга в пространстве.

Поступательным движением тела называется такое движение, при котором каждая линия, соединяющая две любые точки тела, сохраняет свое неизменное направление в пространстве. В случае равномерного и прямолинейного движения ускорение

           скорость                                                           (2.1)

           А путь                                                               (2.2)

При равнопеременном прямолинейном движении

                 (2.3)

                    и                                                              (2.4)

где   - начальная скорость тела;     - скорость в момент времени .

   Длина пути при таком движении равна

                                                                                  (2.5)  

При  уравнения (2.4) и (2.5) приобретает вид:

;                         (2.6),                                              (2.7)

Взаимодействие тел приводит к появлению ускорений и деформаций. Мерой такого взаимодействия является сила. Основным законом динамики поступательного движения является второй закон Ньютона, который устанавливает связь между взаимодействием тел и изменением характера движения. Второй закон Ньютона записывается и формулируется так: Изменение твердого тела по величине и направлению равно векторной сумме

5

импульсов сил, действующих на это тело;

                    (2.8)

где - такой малый промежуток времени, в течение которого все силы можно считать постоянными;

- импульс силы ;

-   импульс тела.

 Если масса тела постоянна, из формулы (2.8) получаем основное уравнение динамики поступательного движения в следующем виде:

    где                                             (2.9)

или                                 (2.10)

Ускорение, приобретаемое телом прямо пропорционально векторной сумме всех сил, действующих на тело, и обратно пропорционально массе тела (по направлению ускорение совпадает с направлением силы). Основные законы кинематики и динамики

могут быть проверены опытным путем на машине Атвуда.

                                     

3  Экспериментальная Часть

 3.1 Схема прибора Атвуда

Через ролик перекинута нитка с двумя одинаковыми грузиками массы .

Если на правый грузик положить небольшой перегрузок массы , то система тел начнет двигаться с ускорением под действием силы тяжести и пройдет путь .

На кольце дополнительный грузик отцепляется и дальше грузики, пройдут теперь уже равномерно, путь (действием силы трения пренебрегаем).

Запишем уравнения движения(второй закон Ньютона)  для каждого тела движущейся систем

              Рис (3.2)                         

               (3.1)

 

6

Из этой системы уравнений найдем, что                 (3.2)

На пути  система тел движется равноускоренно и у кольца будет иметь скорость:

                                                                                          (3.3)

Если измерить время равномерного движения и его путь, то скорость

                                                             (3.4)

Из уравнений (3.3) и (3.4) получим что

                                                                (3.5)

Из уравнений (3.5) и (3.2) найдем, что ускорение свободного падения

                                                      (3.6)

При проверке второго закона Ньютона необходимо, чтобы движущаяся масса была постоянной, а величина действующей силы изменялась.  Это можно осуществить, перекладывая перегрузки  и  с одного груза на другой. Сила, приводящая систему в движение равна разности весов правого и левого тел. Если оба перегрузка находятся на правом теле, то

                     

Если меньший перегрузок переложить на левое тело, то

                  

 Для двух различных случаев на основании второго закона Ньютона получим:

               и      

 Отсюда следует, что

7

Ускорения  и  могут быть найдены из соотношения

после измерения  и  

 

 3.2 Конструкция прибора Атвуда:

  Общий вид прибора Атвуда показан на рис. 3.2

На вертикальной колонке 1, закрепленной в основании 2, установлены  три кронштейна: неподвижный нижний кронштейн 3 и два подвижных кронштейна – средний 4 и верхний 5, а также верхняя втулка 6.

Основание оснащено регулируемыми ножками 7, которые позволяют произвести выравнивание положения прибора.

         

                                Рис 3.2

На верхней втулке 6 при помощи верхнего диска 8 закреплен узел подшипника ролика 9, ролик 10 и электромагнит 11. Через ролик проходит нить 12 с привязными на ее концах грузиками 13 и 14.

Электромагнит после подведения к нему питающего напряжения при помощи фрикционной в любом положении, устанавливая таким образом длину пути равномерно-ускоренного и равномерного движений. Для облегчения определения этих путей на колонке 1 имеется миллиметровая шкала 15, все кронштейны имеют указатель положения, а верхний кронштейн – дополнительную черту, облегчающую точное согласование нижней грани верхнего большого грузика с определенным началом пути движения.

На среднем кронштейне закреплен кронштейн 16 и фотоэлектрический датчик 17. Кронштейн 16 снимает с падающего вниз

 8

большого грузика дополнительный грузик  13, а фотоэлектрический датчик в это время образует электрический импульс, сигнализирующий начало равномерного движения больших грузиков и включающих миллисекундомер 20. Оптическая ось фотоэлектрического датчика (черта на его корпусе)

находится на уровне указателя положения среднего кронштейна.

Нижний кронштейн оснащен двумя кронштейнами 18 с резиновыми амортизаторами, в которые ударяют завершающие свое движение грузики, и фотоэлектрическим датчиком 19 с оптической осью на уровне указателя положения кронштейна, после пересечения которой нижней гранью падающего грузика образуется электрический сигнал, указывающий на прохождение грузиками определенного пути и выключающий миллисекундомер 20.

4 Выполнение Работы

4.1.  Подготовка прибора к измерениям

1) Наложить на ролик нить с большими грузиками и проверить, находится ли  система в состоянии равновесия.

2) При помощи регулируемых ножек основания привести колонку прибора в вертикальное положение.

3) Передвинуть средний кронштейн на избранную высоту над нижним кронштейном и таким образом установить оба кронштейна, чтобы больший правый грузик, падая, проходил через середину рабочего окошка фотоэлектрический датчиков( благодаря чему будет определен ).

4) передвинуть верхний кронштейн на заданную высоту над средним кронштейном и установить его в одной плоскости с остальными кронштейнами (таким образом, будет определен путь ).

5) Переместить правый грузик в верхнее положение, положить на него дополнительный грузик и проверить, находится ли система в состоянии покоя.

6) Отпустить систему, она должна прийти в движение.

7) Одновременно на кронштейне 16 должен быть задержан дополнительный грузик. Измерить электросекундомером время прохождения пути  правым грузиком.

8) Повторить измерения 3-5 раз

4.2. Измерение ускорения свободного падения

1) На правый большой грузик положить дополнительных грузиков.

2) Согласовать нижнюю грань правого грузика с чертой, нанесенной на верхнем кронштейне.

3) Измерить при помощи шкалы на колонке заданные пути равномерно

ускоренного  и равномерного  движений большого грузика.

9

4) Привести систему в движение

5) Измерить время движения большого грузика на пути .

6) Измерения повторить не менее 5-и раз.

7) Определить ускорение свободного падения по формуле (3.6).

8) Определить погрешность измерения ускорения свободного падения.

4.3 Проверка второго закона ньютона.

1) На правый большой грузик положить два дополнительных грузика массами  и .

2) Согласовать нижнюю грань большого правого грузика с чертой нанесенной на верхнем кронштейне.

3) Привести систему в движение.

4) Измерить время движения грузов на пути .

5) Измерения повторить не менее 5-и раз.

6) Переместить дополнительный грузик массы на левый большой грузик . Повторить действия пунктов 2, 3, 4, 5,  определить время движения грузов  на пути .

7) Рассчитать ускорения и  и   убедиться в справедливости соотношения (2.9)

                                5 Контрольные Вопросы

 

  1.  Какое движение называется равномерным и прямолинейным?
  2.  Как графически изображается зависимость пути от времени при равномерном прямолинейном движении?
  3.  Какое движение называется равномерным?
  4.  Напишите основные кинематические уравнения равнопеременного движения
  5.  Дайте определение ускорения. В каких единицах измеряется ускорение?
  6.  Сформулируйте и запишите второй закон Ньютона.
  7.  Как создается равномерное движение двух грузов на машине Атвуда?
  8.  Почему не рекомендуется ставить сплошную платформу очень близко к началу шкалы?
  9.  Каков метод измерения ускорения на машине Атвуда?
  10.  Как осуществляется изменение действующей силы на машине Атвуда?

Список литературы

                     1 Савельев И.В Курс общей физики. Т. 1. – М.:  Наука, 1998.

2 Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т. 1. – М.:  Наука, 1995.

3 Трофимов Т.И. Курс физики. – М.:  Высшая школа, 1998.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49978. Измерение параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа 498 KB
  Измерение параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа Цель работы Приобретение навыков измерения параметров гармонического напряжения с помощью осциллографа. Получение сведений о характеристиках и устройстве электронного осциллографа. Устройство принцип действия и основные характеристики электронного осциллографа.
49979. Изучение линейчатых спектров атомов 423.5 KB
  Согласно современной квантовой теории возможные значения энергии системы атомов полностью определяются ее внутренними свойствами: числом и свойствами атомов ядер и электронов в ней и характером взаимодействия между ними. Те значения энергии. которые могут быть реализованы в данной системе принято называть ее уровнями энергии. Совокупность всех возможных значений энергии или уровней энергии носит название энергетического спектра или спектра возможных значений энергии.
49980. Измерение и анализ спектров свечения газоразрядных ламп 184.5 KB
  Просматривая видимый диапазон 400 750 нм измерили длины волн всех спектральных линий лампы №1. Обработка результатов измерений Измеренные длины волн линий занесите в табл. Измерение длин волн спектральных линий. Используя данные о длинах волн спектральных линий атомов некоторых элементов из табл.
49981. Ознайомитись з явищем поляризації світла, експериментально перевірити закон Малюса і закон Брюстера 578 KB
  Прилади і обладнання Джерело світла поляризатор аналізатор набір скляних пластин чорне дзеркало прилад для вимірювання інтенсивності світла Опис установки Експериментальна лабораторна установка рис.1 дозволяє: отримати лінійно поляризоване світло за допомогою поляризатора; експериментально перевірити закон Малюса і закон Брюстера...
49982. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛАВНОГО ФОКУСНОГО РАССТОЯНИЯ ТОНКИХ ЛИНЗ 266 KB
  Приборы и принадлежности: оптическая скамья с набором рейтеров осветитель с источником питания экран собирающая и рассеивающая линзы. Ее вершины О1 и О2 в этом случае можно считать совпадающими в точке О называемой оптическим центром линзы. Причем ось проходящая через оптический центр линзы и центры кривизны ее преломляющих поверхностей называется главной оптической осью линзы прямая РР рис. Если направить луч света параллельно главной оптической оси вблизи нее то преломившись он пройдет через точки F1 или F2 в зависимости от...
49983. ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИСПЕРСИИ 472.5 KB
  В качестве диспергирующих элементов используются спектральные призмы действие которых основано на явлениях преломления и дисперсии света дисперсионные призмы. Ширина спектральной линии определяется дифракцией света на оправе призмы или на краях диафрагмы ограничивающей световой поток падающий на призму. Качество спектра определяется угловой дисперсией и разрешающей способностью призмы.
49984. ИССЛЕДОВАНИЕ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ СВЕТА ПРИ НАБЛЮДЕНИИ КОЛЕЦ НЬЮТОНА 747 KB
  Приборы и принадлежности: микроскоп МБС10 светофильтры источник белого света микрометр окулярный винтовой МОВ116Х или окуляр со шкалой объект микрометр ячейка для получения колец Ньютона блок питания для лампы осветителя. Оно окружено системой чередующихся светлых и темных колец ширина и интенсивность которых постепенно убывают по мере удаления от центрального пятна. Светлые кольца соответствуют d для которых...
49986. ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ДИФРАКЦИИ СВЕТА 252.5 KB
  Световые лучи испытывают дифракцию на щели S2 или на нити находящейся в этой же плоскости. Ширину щели S2 можно регулировать микровинтом. Выберите для начала ширину щели S2 достаточно большую например 1 2 мм. Поместите микроскоп М в такое положение которое позволяет наблюдать резкое изображение щели S2 находящееся в центре шкалы.