8870

Изучение криволинейного движения

Лабораторная работа

Физика

Изучение криволинейного движения. Цель работы: Определить нормальное ускорение и центробежную силу инерции при вращательном движении. Приборы и оборудование: 1.Установка для изучения криволинейного движения. 2. Секундомер. Методические ук...

Русский

2013-02-19

63.5 KB

23 чел.

Изучение криволинейного движения.

Цель работы: Определить нормальное ускорение и центробежную силу инерции при вращательном движении.

Приборы и оборудование: 1.Установка для изучения криволинейного движения.

 2. Секундомер.

Методические указания

Системы отсчета, движущиеся относительно инерциальной системы с ускорением, называются неинерциальными. В неинерциальных системах законы Ньютона, вообще говоря, уже несправедливы. Однако законы динамики можно применять и для них, если кроме сил, обусловленных воздействием тел друг на друга, ввести в рассмотрение силы особого рода – так называемые силы инерции.

Если учесть силы инерции, то второй закон Ньютона будет справедлив для любой системы отсчета: произведение массы тела на ускорение в рассматриваемой системе отсчета равно сумме всех сил, действующих на данное тело (включая и силы инерции). Силы инерции Fин при этом должны быть такими, чтобы вместе с силами F, обусловленными воздействием тел друг на друга, они сообщали телу ускорение а΄, каким оно обладает в неинерциальных системах отсчета, т.е.

                                             (1)

Так как F=ma (а – ускорение тела в инерциальной системе отсчета), то

ma΄=ma+Fин.

Силы инерции обусловлены ускоренным движением системы отсчета относительно измеряемой системы, поэтому в общем случае нужно учитывать следующие случаи проявления этих сил: 1) силы инерции при ускоренном поступательном движении системы отсчета; 2) силы инерции, действующие на тело, покоящееся во вращающейся системе отсчета;           3) силы инерции, действующие на тело, движущееся во вращающейся системе отсчета.

Рассмотрим тележку, на которой закреплен шарик.

Если тележку привести в поступательное движение с ускорением а0, то нить начнет отклоняться от вертикали назад до такого угла , пока результирующая сила F=P+T  не обеспечит ускорение шарика, равное а0. Таким образом, результирующая сила F направлена в сторону ускорения тележки а0 и для установившегося движения шарика (шарик теперь


движется вместе с тележкой с ускорением
а0 ) равна , откуда

т.е. угол отклонения нити от вертикали тем больше, чем больше ускорение тележки. Относительно системы отсчета, связанной с ускоренно движущейся тележкой, шарик покоится, что возможно, если сила F  уравновешивается равной и противоположно направленной ей силой Fи, которая является ничем иным, как силой инерции, так как на шарик никакие другие силы не действуют. Таким образом,

Fи=-ma0.                                                        (2)

Проявление сил инерции при поступательном движении наблюдается в повседневных явлениях.

Например, когда поезд набирает скорость, то пассажир, сидящий по ходу поезда, под действием силы инерции прижимается к стенке сиденья. Наоборот, при торможении поезда сила инерции направлена в противоположную сторону и пассажир удаляется от спинки сиденья. Особенно эти силы заметны при внезапном торможении поезда. Силы инерции проявляются в перегрузках, которые возникают при запуске и торможении космических кораблей.

При вращении маятника на диске на него действует сила, равная  и направленная перпендикулярно оси вращения диска. Она является равнодействующей силы тяжести Р и силы натяжения нити Т: F=P+T. Когда движение шарика установится, то  откуда

т.е. углы отклонения нитей маятников будут тем больше, чем больше расстояние R от центра шарика до оси вращения диска и чем больше угловая скорость вращения .

Относительно системы отсчета, связанной с вращающимся диском, шарик покоится, что возможно, если сила F уравновешивается равной и противоположно направленной ей силой Fц, которая является ничем иным, как силой инерции, так как на шарик никакие другие силы не действуют. Сила Fц, называемая центробежной силой инерции, направлена по горизонтали от оси вращения диска и равна

                                     (3)

Действию центробежных сил инерции подвергаются, например, пассажиры в движущемся транспорте на поворотах, летчики при выполнении фигур высшего пилотажа; центробежные силы инерции используются во всех центробежных механизмах: насосах, сепараторах и    т. д., где они достигают огромных значений. При проектировании быстро вращающихся деталей машин (роторов, винтов самолетов и т.д.) принимаются специальные меры для уравновешивания центробежных сил инерции.

Сила Кориолиса действует только на тела, движущиеся относительно вращающейся системы отсчета, например, относительно Земли. Поэтому действием этих сил объясняется ряд наблюдаемых на Земле явлений. Так, если тело движется в северном полушарии на север (рис.1), то действующая на него сила Кориолиса, будет направлена вправо по отношению к направлению движения, т.е. тело несколько отклонится на восток.

Если тело движется на юг, то сила Кориолиса также действует вправо, если смотреть по направлению движения, т.е. тело отклонится на запад. Поэтому в северном полушарии наблюдается более сильное подмывание правых берегов рек; правые рельсы железнодорожных путей по движению изнашиваются быстрее, чем левые и т.д. Аналогично можно показать, что в южном полушарии сила Кориолиса, действующая на движущиеся тела, будет направлена влево по отношению к направлению движения.

Благодаря силе Кориолиса падающие на поверхность Земли тела отклоняются к востоку (на широте 60  это отклонение должно составлять 1см при падении с высоты 100м.

С  силой Кориолиса связано поведение маятника Фуко, явившееся в свое время  одним из доказательств вращения Земли. Если бы этой силы не было, то плоскость колебаний качающегося вблизи поверхности Земли маятника оставалась бы неизменной (относительно Земли). Действие же сил Кориолиса приводит к вращению плоскости колебаний вокруг вертикального направления.

Сила Кориолиса

      (4)

Раскрывая содержание Fин в формуле (1), получим основной закон динамики для неинерциальных систем отсчета:

ma =F+Fи+Fц+Fк,

где силы инерции задаются формулами (2) и (4).


Порядок выполнения работы

Распишем силы действующие на тело

 (ІІ закон Ньютона)

Построим проекции на оси координат:

OX:

OY: ;  .

       1. Найдем нормальное ускорение:

=

;  a =  gtg

2. Найти центростремительную силу:

Fи = maп

3. Найти радиус вращения тела : R = l sin

4. Найти скорость вращения тела

;  

5. Найти частоту вращения тела:

;  

6. Период вращения:

7. Угловую скорость:

8. Сделать расчеты и занести в таблицу:


Таблица

опыта

m,кг

l,м



R, м

Fц.б.,Н

an, м/с2

ν, 1/c

Т,с

-1

1

2

3

4

5

Контрольные вопросы

  1.  Что называется угловой скоростью? Угловым ускорением? Как определяется их направление?
  2.  Когда и почему необходимо рассматривать силы инерции?
  3.  Что такое силы инерции? Чем они отличаются от сил, действующих в инерциальных системах отсчета?
  4.  Как направлены центробежная сила инерции и сила Кориолиса? Когда они проявляются?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43417. Безопасность жизнедеятельности. Методические указания 73 KB
  Первый слайд должен отражать содержание титульного листа (кроме отметки о допуске к защите). На остальных слайдах, в зависимости от выбранной темы, рекомендуется отразить результаты анализа причин рассматриваемых ЧС, этапы их развития, статистические данные или место рассматриваемой ЧС в общей классификации, либо этапы анализа особенностей рассматриваемого объекта экономики с точки зрения его устойчивости к ЧС и его результаты.
43418. Бухгалтерский учет налога на добавленную стоимость 143.5 KB
  Общий порядок уплаты налога на добавленную стоимость Учет налога на добавленную стоимость Список использованной литературы Введение Налог на добавленную стоимость НДС занимает важное место в системе налогов России. Расчеты организации с бюджетом по налогу на добавленную стоимость осуществляются в соответствии с главой 21 части второй Налогового кодекса РФ. Налог на добавленную стоимость косвенный налог плательщиками которого являются организации и индивидуальные предприниматели.
43419. ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕТА РАСЧЕТОВ С БЮДЖЕТОМ, ВНЕБЮДЖЕТНЫМИ ФОНДАМИ И ПРОЧИМИ ОРГАНИЗАЦИЯМИ И ЛИЧНОСТЯМИ 162.5 KB
  Для учетного отражения отношений организации по расчетам с бюджетом используют синтетический счет 68 Расчеты по налогам и сборам. Расчеты по налогам и сборам 68 при производственном использовании; учета источников покрытия затрат на непроизводственные нужды при использовании на непроизводственные нужды; Прочие доходы и расходы 91 при продаже этого имущества. По счету 68 расчеты по налогам и сборам составим самолет на основе главной книги по счету 68. Аналогично составим самолет по счету 69 расчеты по социальному...
43420. УСИЛИТЕЛЬ ЗВУКОВОЙ ЧАСТОТЫ 947.5 KB
  Выбор и обоснование структурной схемы усилителя. Расчёт схемы электрической принципиальной усилителя мощности. Расчет темброблока и предварительного усилителя . К недостаткам бестрансформаторного усилителя следует отнести необходимость термостабилизации транзисторов оконечного каскада.
43421. Сестринский процесс при туберкулезе 502.5 KB
  В настоящее время в мире ежегодно регистрируется только бациллярного туберкулеза до 10 млн. новых случаев туберкулеза и 70 млн. А быстрое распространение лекарственно-устойчивых штаммов возбудителя туберкулеза нарастание полирезистентности грозит превратить туберкулез в неизлечимое заболевание. Программа современной контролируемой химиотерапии укороченной длительности имеет первостепенное значение для прекращения рассеивания туберкулезной инфекции и снижения смертности от туберкулеза.
43422. Расчет характеристик карьерного самосвала БелАЗ-7548 798 KB
  Золотники 6 и 13 смещаются в крайнее правое по рисунку положение и поток рабочей жидкости от насосов 2 3 и 4 через гидрораспределитель 6 и золотник 13 подается в поршневые полости гидроцилиндров Дроссель в гидролинии опускания обеспечивает давление рабочей жидкости в штоковых полостях гидроцилиндров 2530МПа необходимое для торможения платформы в конце подъема. При этом уменьшается необходимое для подъема платформы усилие и соответственно снижается давление рабочей жидкости в напорной гидролинии подъема. Техническое обслуживание...
43424. Изучение вопросов организации налогового учёта в РФ, его целей и задач 393.5 KB
  Введение в действие Налогового кодекса который формировался на основе общепринятых международных стандартов с учётом особенностей российской экономики ещё сильнее поставил противоречия в организации бухгалтерского учёта в нашей стране. Перед предприятиями встала необходимость ведение дополнительного налогового учёта в целях налогообложения. Цель курсовой работы изучение вопросов организации налогового учёта в РФ его целей и задач.
43425. Рентабельность производства продукции, пути ее роста 293.5 KB
  Теоретические аспекты темы Сущность и понятие рентабельности Характеристика показателей рентабельности производства Анализ динамики показателей рентабельности Краткая природно климатическая характеристика предприятия Анализ рентабельности производства на примере предприятия ЗАО Куликовское Калачинского района.