Сборник лабораторных работ по механике
| |||
При механических взаимодействиях тел выполняются механические законы сохранения:
1. В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,
где - импульсы поступательно движущихся тел системы.
2. В замкнутой системе тел суммарный момент импульса системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,
где - моменты импульса вращающихся тел системы.
3. В замкнутой системе тел полная механическая энергия остается постоянной, если взаимодействия между телами происходит с помощью силы гравитации или упругости (но не силы трения)
Целью данной работы является лабораторная проверка выполнения механических законов сохранения и определение некоторых физических величин с помощью этих законов. При этом необходимо всегда иметь в виду, что при механическом движении всегда действуют силы трения и сопротивления. Поэтому потери механической энергии (переход ее во внутреннюю энергию) неизбежны. Но, учитывая работу сил трения, в любом случае можно применить общий закон сохранения энергии:
E 1 = E 2 + A тр
Задание 1 . Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда
Оборудование: машина Атвуда с набором грузов и перегрузков, секундомер, линейка. Массы грузов, перегрузков и блока указаны в «паспорте» прибора.
Полная механическая энергия движущихся грузов в машине Атвуда равна сумме потенциальных и кинетических энергий грузов и вращающегося блока
Е = Еп1 + Ек1 +Еп2 + Ек2 + К
– кинетическая энергия вращения блока, где - момент инерции блока, w - угловая скорость его вращения.
Требуется проверить, что механическая энергия системы одинакова (остается постоянной) в любом положении (в любой момент времени движения). Вычисление энергий проводить с точностью до 0,001 Дж. Остальные указания должны быть понятны при изучении формы отчета к заданию. Погрешности измерений в этом задании не будем учитывать – при тщательном выполнении опытов они составляют не более 5 %.
Ответе на вопросы:
1. Велик ли вклад в общую энергию системы кинетической энергии блока? Сколько максимально процентов он составляет по отношению полной энергии системы? Следовало ли вообще учитывать энергию вращения блока в данном опыте?
2. Оцените в процентах потери механической энергии в «среднем» и «нижнем» положении по отношению к энергии «верхнего» положения.
3. Сделайте вывод: «Выполняется ли с учетом потерь закон сохранения механической энергии в данном опыте? Можно ли применять этот закон к системам, подобным машине Атвуда?».
Задание 2 . Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения
Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, шайба (шашка), измерительная линейка.
Задание состоит из двух частей:
1. Сначала надо определить коэффициент трения m 1 шайбы о металлическую линейку-желоб. Это можно сделать, например, путем подбора такого угла наклона плоскости, при котором шайба равномерно скользит по ее поверхности.
2.
|
|
|
|
Задание 3 . Проверка закона сохранения импульса
Оборудование: наклонный лоток на штативе , два шарика, лист белой бумаги, листы копировальной бумаги.
В задании необходимо экспериментально доказать, что при ударе тел (шариков) закон сохранения импульса выполняется в векторной форме. Шар массой m 2 размешается на краю лотка так, чтобы удар был «косым». Шар массой m 1 скатывается с вершины лотка. Отчет представляет собой «отпечаток» мест падения шариков с вычерченным параллелограммом импульсов тел с соответствующими обозначениями. Следует, естественно, проверить полученную фигуру на «параллеграммность». Наблюдаемые отклонения необходимо объяснить.
| |||