Визначення маси тіла шляхом зважування на терезах. Лабораторна робота. Вивчення руху тіла по колу під дією сили пружності та сили тяжіння Лабораторна робота вивчення руху по колу

Вивчення руху тіла по колу під дією сил пружності та тяжкості.

Мета роботи: визначення доцентрового прискорення кульки при її рівномірному русі по колу.

Обладнання: штатив з муфтою та лапкою, вимірювальна стрічка, циркуль, динамометр лабораторний, ваги з різновагами, кулька на нитці, шматок пробки з отвором, аркуш паперу, лінійка.

1. Наведемо вантаж у обертання по намальованому колу радіуса R= 20 см. Вимірюємо радіус з точністю 1 см. Виміряємо час t, за яке тіло зробить N=30 оборотів.

2. Визначаємо висоту конічного маятника по вертикалі від центру кульки до точки підвісу. h = 60,0 + - 1 см.

3. Відтягуємо горизонтально розташованою динамометром кульку на відстань, рівну радіусу кола і вимірюємо модуль складової F1 F1 = 0,12 Н, маса кульки m = 30 г + - 1 г.

4.Результати вимірювань заносимо до таблиці.

5. Обчислимо аn за формулами, наведеними в таблиці.

6.Результат обчислення заносимо до таблиці.

Висновок: порівнюючи отримані три значення модуля доцентрового прискорення, переконуємося, що вони приблизно однакові. Це підтверджує правильність наших вимірів.

.

IПідготовчий етап

На малюнку схематично показано гойдалку, відому під назвою «гігантські кроки». Знайдіть доцентрову силу, радіус, прискорення та швидкість звернення людини на гойдалках навколо стовпа. Довжина мотузки дорівнює 5 м, маса людини дорівнює 70 кг. Стовп і мотузка при обігу утворюють кут 300. Визначте період, якщо частота обігу гойдалки дорівнює 15 хв-1.

Підказка: На тіло, що обертається по колу, діють сила тяжіння та сила пружності мотузки. Їх рівнодіюча повідомляє тілу доцентрове прискорення.

Результати розрахунків внесіть до таблиці:

Час звернення, з

Число обертів

Період звернення, з

Радіус звернення, м

Маса тіла, кг

доцентрова сила, Н

швидкість обігу, м/с

доцентрове прискорення, м/с2

II. Основний етап

Мета роботи:

Прилади та матеріали:

1. Перед досвідом підвішують на нитці до лапки штатива вантаж, попередньо зважений на терезах.

2. Під висить вантажем покладіть аркуш паперу з накресленим на ньому колом радіусом 15-20 см. Центр кола розташуйте на прямовисній лінії, що проходить через точку підвісу маятника.

3. У точки підвісу нитку беруть двома пальцями і акуратно приводять маятник у обертальний рух так, щоб радіус обертання маятника збігався з радіусом намальованого кола.

4. Приведіть маятник у обертання та підраховуючи кількість оборотів заміряйте час, за який ці обороти відбулися.

5. Результати вимірювань та обчислень запишіть у таблицю.

6. Рівнодіюча сили тяжкості та сили пружності, знайдена в ході експерименту, розраховується з параметрів кругового руху вантажу.

З іншого боку, доцентрову силу можна визначити з пропорції

Тут маса і радіус вже відомі з попередніх вимірювань і, щоб визначити відцентрову силу другим способом треба виміряти висоту точки підвісу над кулькою, що обертається. Для цього відтягують кульку на відстань, що дорівнює радіусу обертання і вимірюють відстань по вертикалі від кульки до точки підвісу.

7. Порівняйте результати, отримані двома різними способами і зробіть висновок.

IIIКонтрольний етап

За відсутності в домашніх умовах ваги ціль роботи та обладнання може бути змінено.

Мета роботи: вимірювання лінійної швидкості та доцентрового прискорення при рівномірному русі по колу

Прилади та матеріали:

1. Візьміть голку з подвійною ниткою довжиною 20-30 см. Вістря голки вставте в гумку, маленьку цибулину або пластилінову кульку. Ви отримаєте маятник.

2. Підніміть маятник за вільний кінець нитки над аркушем паперу, що лежить на столі, і приведіть його в рівномірне обертання по колу, зображеному на аркуші паперу. Виміряйте радіус кола, по якому рухається маятник.

3. Досягніть стійкого обертання кульки по заданій траєкторії і за годинником з секундною стрілкою зафіксуйте час для 30 обертів маятника. За відомими формулами розрахуйте модулі лінійної швидкості та доцентрового прискорення.

4. Складіть таблицю для запису результатів і заповніть її.

Використана література:

1. Фронтальні лабораторні заняття з фізики у середній школі. Посібник для вчителів за редакцією. Вид. 2-ге. - М., «Освіта», 1974 р.

2. Шилов роботи у школі та вдома: механіка.-М.: «Освіта», 2007

Дата__________ ФІ_____________________________________ Клас 10_____

Лабораторна робота № 1 на тему:

«Вивчення руху тіла за околицею під дією сил пружинності і тяжкості».

Мета роботи: визначення доцентрового прискорення кульки при його рівномірному русі по колу.

Обладнання: штатив з муфтою та лапкою, стрічка вимірювальна, циркуль, динамометр

лабораторний, ваги з різновагами, вантаж на нитки, аркуш паперу, лінійка, пробка.

Теоретична частина роботи.

Експерименти проводяться з конічним маятником. Невелика кулька рухається по колу радіуса R. При цьому нитка АВ, до якої прикріплена кулька, описує поверхню прямого кругового конуса. На кульку діють дві сили: сила тяжіння
та натяг нитки (Рис. А). Вони створюють доцентрове прискорення , спрямоване по радіусу до центру кола. Модуль прискорення можна визначити кінематично. Він дорівнює:

.

Для визначення прискорення треба виміряти радіус кола та період звернення кульки по колу.

Центрошвидке (нормальне) прискорення можна визначити також, використовуючи закони динаміки.

Згідно з другим законом Ньютона
. Розкладемо силу на складові і спрямовані по радіусу до центру кола та по вертикалі вгору.

Тоді другий закон Ньютона запишеться так:

.

Напрямок координатних осей виберемо так, як показано на малюнку б. У проекціях на вісь О 1 у рівняння руху кульки набуде вигляду: 0 = F 2 - mg. Звідси F 2 = mg: складова врівноважує силу тяжіння
, що діє на кульку.

Запишемо другий закон Ньютона у проекціях на вісь О 1 х: ma n = F 1 . Звідси
.

Модуль складової F 1 можна визначити у різний спосіб. По-перше, це можна зробити з подоби трикутників ОАВ та FBF 1:

.

Звідси
і
.

По-друге, модуль складової F1 можна безпосередньо виміряти динамометром. Для цього відтягуємо горизонтально розташованою динамометром кульку на відстань, що дорівнює радіусу R кола (рис. в), і визначаємо показання динамометра. При цьому сила пружності пружини врівноважує складову. .

Порівняємо всі три вирази для а n:

,
,
і переконаємось, що вони близькі між собою.

Хід роботи.

1. Визначте масу кульки на терезах з точністю до 1 г.

2. Кульку, підвішену на нитці, закріпіть у лапці штатива, використовуючи шматок пробки.

3 . Викресліть на аркуші паперу коло радіусом 20 см (R= 20 см = ________ м).

4. Штатив з маятником маємо так, щоб продовження шнура проходило через центр кола.

5 . Взявши нитку пальцями біля точки підвісу, приведіть маятник у обертальний рух

над аркушем паперу так, щоб кулька описувала таке ж коло, як і накреслена на папері.

6. Відраховуємо час, за який маятник здійснює 50 повних обертів (N = 50).

7. Розрахуйте період обігу маятника за формулою: T = t / N.

8 . Розрахуйте значення доцентрового прискорення за формулою (1):

=

9 . Визначте висоту конічного маятника (h). Для цього виміряйте відстань по вертикалі від центру кульки до точки підвісу.

10 . Розрахуйте значення доцентрове прискорення за формулою (2):

=

11. Відтягніть горизонтально розташованою динамометром кульку на відстань, що дорівнює радіусу кола, і виміряйте модуль складової .

Потім обчислюємо прискорення за формулою (3): =

12. Результати вимірювань та обчислень заносимо до таблиці.

13 . Порівняйте отримані три значення модуля доцентрового прискорення.

__________________________________________________________________________ ВИСНОВОК:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Додатково:

Знайдіть відносну та абсолютну похибку непрямого виміру ац (1) і (3):

Формула 1). ________; Δа ц = · а ц = ________;

Формула (3). _________; Δа ц = · а ц = _______.

За 9 клас (І.К.Кікоїн, А.К.Кікоїн, 1999 рік),
завдання №5
до глави « ЛАБОРАТОРНІ РОБОТИ».

Мета роботи: переконатися в тому, що при русі тіла по колу під дією кількох сил їх рівнодіюча дорівнює добутку маси тіла на прискорення: F = ma . Для цього використовується конічний маятник (рис. 178 а).

На прикріплене до нитки тіло (їм у роботі є вантаж із

набору з механіки) діють сила тяжкості F1 і сила пружності F2. Їх рівнодіюча дорівнює

Сила F і повідомляє вантажу доцентрове прискорення

(r – радіус кола, по якому рухається вантаж, Т – період його звернення).

Для знаходження періоду зручно виміряти час t певного числа N оборотів. Тоді Т =

Модуль рівнодіючої F сил F 1 і F 2 можна виміряти, компенсувавши її силою пружності F упр пружини динамометра так, як це показано на малюнку 178, б.

Згідно з другим законом Ньютона,

При підстановці в

це рівність отриманих у досвіді значень F ynp , m і може виявитися, що ліва частина цієї рівності відрізняється від одиниці. Це дозволяє оцінити похибку експерименту.

Засоби виміру: 1) лінійка з міліметровими поділками; 2) годинник із секундною стрілкою; 3) динамометр.

Матеріали: 1) штатив з муфтою та кільцем; 2) міцна нитка; 3) аркуш паперу з накресленим колом радіусом 15 см; 4) вантаж із набору з механіки.

Порядок виконання роботи

1. Нитка завдовжки близько 45 см прив'яжіть до вантажу і підвісьте до кільця штатива.

2. Одному з учнів взятися двома пальцями за нитку біля точки підвісу та привести у обертання маятник.

3. Другому учню виміряти стрічкою радіус r кола, яким рухається вантаж. (Кількість можна накреслити заздалегідь на папері і по цьому колу привести в рух маятник.)

4. Визначте період Т звернення маятника за допомогою годинника з секундною стрілкою.

Для цього учень, що обертає маятник, в такт з його оборотами вимовляє вголос: нуль, нуль і т. д. рахує число оборотів. Відрахувавши 30-40 оборотів, фіксує проміжок часу t. Досвід повторюють п'ять разів.

5. Розрахуйте середнє значення прискорення за формулою (1) з огляду на те, що з відносною похибкою не більше 0,015 можна вважати π 2 = 10.

6. Виміряйте модуль рівнодіючої F, врівноваживши її силою пружності пружини динамометра (див. рис. 178, б).

7. Результати вимірювань занесіть до таблиці:

8. Порівняйте ставлення

з одиницею і зробіть висновок про похибку експериментальної перевірки того, що доцентрове прискорення повідомляє тілу векторна сума діючих на нього сил.

Вантаж із набору з механіки, підвішений на закріплену у верхній точці нитку, рухається в горизонтальній площині по колу радіуса r під дією двох сил:

сили тяжіння

та сили пружності N .

Рівнодійна цих двох сил F спрямована горизонтально до центру кола і повідомляє вантажу доцентрове прискорення.

Т – період звернення вантажу по колу. Його можна обчислити підрахувавши час, за який вантаж здійснює деяку кількість повних оборотів

Центрошвидке прискорення розрахуємо за формулою

Тепер, якщо взяти динамометр і прикріпити його до вантажу, як показано на малюнку, можна визначити силу F (рівнодіючу сил mg і N).

Якщо вантаж відхилений від вертикалі на відстань р, як і під час руху по колу, то сила F дорівнює тій силі, яка викликала рух вантажу по колу. Ми отримуємо можливість порівняти значення сили F , отримане шляхом прямого вимірювання та сили ma , розрахованої за результатами непрямих вимірювань

порівняти ставлення

з одиницею. Для того, щоб радіус кола, яким рухається вантаж, змінювався внаслідок впливу опору повітря повільніше і зміна це незначно впливало на вимірювання, слід вибирати його невеликим (порядок 0,05~0,1 м).

Виконання роботи

Обчислення

Оцінка похибок. Точність вимірювання: лінійка -

секундомір

динамометр

Підрахуємо похибку визначення періоду (якщо вважати, що число n визначено точно):

Похибка визначення прискорення підрахуємо як:

Похибка визначення ma

(7%), тобто

З іншого боку, силу F ми виміряли з такою похибкою:

Така похибка виміру, звісно, ​​дуже велика. Вимірювання з такими похибками придатні лише приблизних оцінок. Звідси видно, що відхилення ставлення

від одиниці може бути суттєвим при використанні застосованих нами способів виміру *.

1 * Так що вам не слід бентежитися, якщо в цій лабораторній роботі ставлення

буде відмінним від одиниці. Просто акуратно оцініть усі похибки вимірювань та зробіть відповідний висновок.

"Вивчення руху тіла по колу під дією двох сил"

Мета роботи:визначення доцентрового прискорення кульки при його рівномірному русі по колу.

Обладнання: 1. штатив з муфтою та лапкою;

2. стрічка вимірювальна;

3. циркуль;

4. динамометр лабораторний;

5. ваги з різновагами;

6. кулька на нитці;

7. шматочок пробки з отвором;

8. аркуш паперу;

9. лінійка.

Порядок виконання роботи:

1. Визначаємо масу кульки на терезах з точністю до 1 г.

2. Нитку продаємо крізь отвір і затискаємо пробку в лапці штатива (рис 1)

3. Викреслюємо на аркуші паперу коло, радіус якого близько 20 см. Вимірюємо радіус з точністю до 1 см.

4. Штатив з маятником маємо так, щоб продовження шнура проходило через центр кола.

5. Взявши нитку пальцями біля точки підвісу, обертаємо маятник так, щоб кулька описувала коло, рівне накресленому на папері.

6. Відраховуємо час, протягом якого маятник робить, наприклад, N=50 оборотів. Розраховуємо період звернення T =

7. Визначаємо висоту конічного маятника, Для цього вимірюємо відстань по вертикалі від центру кульки до точки підвісу.

8. Знаходимо модуль нормального прискорення за формулами:

a n 1 = a n 2 =

a n 1 = a n 2 =

9. Відтягуємо горизонтально розташованою динамометром кульку на відстань, рівну радіусу кола, і вимірюємо модуль складової F

Потім обчислюємо прискорення за формулою a n 3 = a n 3 =

10. Результати вимірювань заносимо до таблиці.

Розрахуйте відносну похибку обчислення a n 1 та запишіть відповідь у вигляді: a n 1 = a n 1ср ± ∆ a n 1ср a n 1 =

Зробіть висновок:

Контрольні питання:

1. До якого виду руху відноситься рух кульки на нитки у лабораторній роботі? Чому?

2. Зробіть креслення у зошиті та вкажіть правильно назви сил. Назвіть точки застосування цих сил.

3. Які закони механіки виконуються під час руху тіла у цій роботі? Зобразіть графічно сили та правильно запишіть закони

4. Чому сила пружності F, виміряна у досліді, дорівнює результуючій силі прикладених до тіла? Назвіть закон.