42457

Изучение 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 g можно найти с помощью простого опыта: бросить тело с известной высоты h и измерить время падения t я затем из формулы h=gt2 2 вычислить g. Основная задача которая стоит перед экспериментатором при определении ускорения свободного падения g описываемым методом состоит в выборе...

Русский

2013-10-30

81 KB

14 чел.

                           Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Наименование факультета -ЕНМФ

Наименование выпускающей кафедры –Общей физики

Наименование учебной дисциплины - Физика

Лабораторная работа № 1-03

Наименование работы – Изучение равноускоренного движения

Исполнитель:

Студент, группы 13А72 (_______)  Бабаев П.А.

 

подпись

(18.02.2008г)

дата

Руководитель,  (_______)  

Должность, ученая степень, звание        подпись

(18.02.2008г)

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 g можно найти с помощью простого опыта: бросить тело с известной высоты h и измерить время падения t, я затем из формулы h=gt2/2 вычислить g.

Основная задача, которая стоит перед экспериментатором при определении ускорения свободного падения g 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 M каждый. На один из грузов кладется перегрузок массой m. 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:

Mg-T=-Ma,

(M+m)g-T=(m+M)a,                                                (1)

где T – сила натяжения нитей, a – ускорение грузов.

Из уравнений (1) получаем

а=g                                                  (2)

                                                                                                                                 (3)

Время, за которое груз (m+M) опускается на высоту h, равно

.                                              (4)

Легко видеть, что чем меньше m и больше M, тем больше t. 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 M, m 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 (T2T1)*R равен моменту сил трения Mтр, где T1=M*g; T2=(M+m0)*g; R – радиус блока, а Mтр=*N*r, где N – реакция блока;

N=T1+T2=(2M+m0)g;

r – 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 m. Интуитивно заключают, что трение пренебрежимо мало, если m>>m0.

Методика определения ускорения движения грузов.

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

t=.                                                             (6)                                         

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

                                                         (7)

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

Экспериментальной проверки легко подвергнуть уравнение (4)

t=                                         (8)

Если выбрать оси координат y=t и x=, вновь можно получить уравнение прямой у=, проходящей через начало координат и имеющей наклон ;

g=.                                                              (9)


Таблица 1.

Зависимость времени падения груза от высоты.

изм.

h,

м

t1,

c

t2,

c

t3,

c

t4,

c

m,

кг

m0,

кг

                  Примечание

1

2

3

4

5

Таблица 2.

Зависимость времени падения от массы перегрузка.

изм.

m,

кг

t1,

с

t2,

с

t3,

с

t4,

с

Примечание

1

2

3

4

5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37399. Моделирование движения заряженных частиц в электрических и магнитных полях 690 KB
  В дерева dd physics выберите Mthemtics Mthemticl Prticle Trcing pt. В дереве выберите Preset Studies Time Dependent. Построение геометрической модели Задание области в корой движутся частицы В окне Model Builder щелкните ПКМ Model 1 Geometry 1 и выберите Cylinder Перейдите к окну Settings для Cylinder. Выберите размер и форму сечения.
37400. Габаритний розрахунок монокуляра з вибором оптичної схеми об’єктива і окуляра 1.43 MB
  Наявність в трьох лінзових обєктивах великої кількості вільних параметрів марки стекол радіуси товщини і повітряні проміжки дозволяє істотно поліпшити їх абераційних корекцію в порівнянні з двох лінзовими. Окуляр Гюйгенса В цих окулярах компонентами є плосковипуклі або випуклоплоскі лінзи виготовлені із оптичного скла однієї марки. Показник заломлення Марка скла 4878 125 16475 К8 2599 29265 25 15163 ТФ1 Вибраний обєктив має фокусну відстань f об = 100 мм. Показник заломлення Марка скла 14634...
37401. Расчет электромагнитных переходных процессов. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию 16.74 MB
  Составим схему замещения прямой последовательности Определим параметры схемы замещения прямой последовательности: Система Линия 1 Линия 2 Трансформатор Трансформатор Т1 Реактор Автотрансформатор Нагрузка 1 Нагрузка 2 Асинхронный двигатель Генератор 1 Генератор 2 Все параметры элемента генератор 2 точно такие же как и у элемента генератор 1 Найдем и для этого свернем схему Составим схему замещения обратной последовательности Определим параметры схемы замещения обратной...
37402. Исследование автоматических выключателей 928.5 KB
  Предмет исследования: В работе исследуется поведение автоматических выключателей при испытаниях по ГОСТ. Основные параметры автоматических выключателей: Номинальное рабочее напряжение Ue номинальное напряжение действующее значение напряжения при котором обеспечивается работоспособность выключателя особенно в момент короткого замыкания. Стандартные кривые отключения: Существует несколько типов характеристик автоматических выключателей.
37403. Исследование устройства защитного отключения серии F360 458.5 KB
  Предмет исследования: в работе исследуется поведение устройства защитного отключения УЗО F360 при синусоидальном однополупериодном и импульсном токах. Теоретическая часть: ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ И УЗО Дифференциальный автомат представляет собой устройство защиты которое срабатывает при возникновении некоторой разницы токов фазного и нулевого проводов. Различают устройства следующего типа: термомагнитные дифференциальные автоматы; дифференциальные модули; устройства защитного отключения УЗО. УЗО это быстродействующий...
37404. Исследование контактора постоянного тока 574 KB
  Предмет исследования: в работе исследуются коммутационные процессы и динамические характеристики электромагнита контактора постоянного тока при включении и отключении по результатам осциллографирования соответствующих процессов. Теоретическая часть: Динамика работы на примере полного рабочего цикла электромагнита. 1 Рабочий цикл электромагнита: а зависимость положения якоря от времени; б зависимость тока в обмотке электромагнита от времени. Первым этапом рабочего цикла электромагнита рис.
37405. Исследование контактора переменного тока 928 KB
  Предмет исследования: в работе исследуются коммутационные процессы и динамические характеристики включения и отключения по результатам осциллографирования соответствующих процессов в силовой цепи и цепи управления электромагнита переменного тока. Теоретическая часть: Весьма широкое распространение имеют электромагниты питание которых осуществляется от источника переменного тока. Магнитный поток создаваемый обмоткой по которой проходит переменный ток периодически меняется по величине и направлению переменный магнитный поток в...