Материал: Lab1n_7n

Приборы и принадлежности. Установка представляет собой наклонную плоскость 1, которую с помощью винта 2 можно устанавливать под разными углами α к горизонту (рис. 6.1). Угол α измеряется с помощью шкалы 3. На плоскость может быть помещен брусок 4. Для его удержания используется электромагнит 5, управление которым осуществляется с помощью электронного секундомера СЭ-1 (при нажатии на СЭ-1 кнопки «Пуск» магнит отключается и включается секундомер, а при нажатии кнопки «Стоп» магнит включается).

Пройденное бруском расстояние измеряется по линейке 6, закрепленной вдоль плоскости. На нить 10, перекинутую через блок 8, подвешивается груз 9. Время движения бруска и груза, скрепленных нитью, измеряется автоматически с помощью датчика 7, выключающего секундомер в момент касания бруском финишной точки. Установка имеет два режима работы, регулируемых тумблером«плоскость»/ «удар», находящимся в ее нижней части слева.

Рис. 6.1

В комплект работы входят брусок, изготовленный из разных материалов (дерево–дюралюминий), и дополнительный груз. Груз и брусок имеют различные массы.

Исследуемые закономерности

Основной закон динамики поступательного движения, или второй закон Ньютона, может быть записан в разных формах: в терминах ускорения движения тела, в дифференциальной и интегральной форме:

t

ние импульса тела, интеграл Fdt называется импульсом силы F за время ее

0

действия t. Сила F – это векторная мера взаимодействия тел (скалярной мерой взаимодействия является потенциальная энергия тела Wp ).

Если на тело действуют постоянные, не зависящие от времени силы, что имеет место в данной работе, то пользуются первой формой второго закона Ньютона. В данной работе исследуется движение бруска массой m1 вдоль

наклонной плоскости, скрепленного с грузом массой m2 нитью, перекинутой через блок. Если нить нерастяжима, то два скрепленных тела (рис. 6.2) движутся с одинаковым ускорением a1 a2 a . Если блок, через который перекинута нить, невесомый, то реакции нитей, действующие на тела, одинако-

вы T1 T2 T .

Рис. 6.2

На первое тело системы действуют: сила тяжести m1g , реакции наклонной плоскости N и нити T и сила трения скольженияFтр N m1g cos ,

где – коэффициент трения скольжения, α – угол наклона плоскости к горизонту. На второе тело действуют: сила тяжести m2g и реакция нити T.

Второй закон Ньютона в проекциях на направление ускорения тел для первого и второго тел имеет вид:

T m1g sin Fтр T m1g sin cos m1am2g T m2a.

Складывая оба уравнения, получим ускорение их движения

Если коэффициент трения бруска о плоскость известен, то, сопоставив ускорение тела a , рассчитанное по (6.1), с определенным экспериментально a 2St2 , где S – путь, проходимый бруском вдоль наклонной плоскости за время t , можно сделать заключение о выполнимости второго закона Ньютона.

Коэффициент трения можно определить экспериментально по известному ускорению движения бруска a 2St2 , расположив, например, наклонную плоскость горизонтально 0 . Решив уравнение (6.1) относительно параметра , получим при 0 :

Указания по подготовке к работе

Создайте таблицы (по форме табл. 6.1–6.3) для записи результатов наблюдений и параметров установки. Таблицы по форме 6.1 и 6.2 должны быть повторены дважды.

Указания по проведению наблюдений

1.Включите установку, нажав кнопку «Сеть».

2.Переведите установку в режим «Плоскость», переключив тумблер в нижней части установки слева в положение от себя.

3.Переведите секундомер СЭ-1 в режим 1.

4.Прикрепите нить с грузом к бруску со стороны его деревянного торца.

5.Ослабив винт 2 (рис. 6.1), установите плоскость под углом α 0 к горизонту. Перекиньте нить со вторым грузом через блок. Брусок 4 (дерево– дюралюминий) поместите при этом на наклонную плоскость деревянной частью вниз, прикрепив его металлическим торцом к электромагниту, находящемуся в правой части наклонной плоскости. Система «брусок–груз» должна находиться в покое.

6.Нажмите на СЭ-1 кнопку «Пуск» секундомера. При этом одновременно происходит отключение электромагнита и включение секундомера. Выключение секундомера происходит автоматически в момент удара бруска по финишному датчику. Запишите время опускания груза в табл. 6.1, а затем нажмите кнопку «Сброс».

7.Повторите опыт (п. 5, 6) пять раз.

33

8.Переверните брусок дюралюминиевой поверхностью вниз и повторите п. 5–7, занося результаты измерений во вторуютаблицу по форме табл. 6.1.

9.Установите угол наклона плоскости 10°, наклонив ее со стороны электромагнита. Поместите брусок на наклонную плоскость деревянной стороной вниз, прикрепив его металлическим торцом к электромагниту. Нажимая кнопку «Пуск», измерьте время опускания груза пять раз и запишите в табл. 6.2.

10.Переверните брусок дюралюминиевой поверхностью вниз и повторите п. 9.

11.Меняя угол наклона плоскости от 10° до 40° с шагом 10°, повторите п. 9, 10 для каждого угла наклонной плоскости, занося измерения в таблицы по форме 6.2.

12.Выключите установку, нажав кнопку «Сеть», и уберите принадлежности к работе в контейнер для нее.

Задания по обработке результатов эксперимента

1.Выведите формулы погрешностей a и в табл. 6.1.

2.Заполните две таблицы по форме табл. 6.1 (для случаев дерево–дерево

идерево–дюралюминий) и рассчитайте по ним методом переноса погрешно-

стей коэффициенты трения скольжения бруска о плоскость для

N5 и P 95 %.

3.Заполните две таблицы по форме табл. 6.2 (для случаев дерево–дерево

идерево–дюралюминий) и рассчитайте по ним методом переноса погрешно-

стей ускорения соскальзывания тел a a a для N 5 и P 95 %.

4. Используя табл. 6.2, постройте на миллиметровой бумаге в формате А4 графики теоретических зависимостей ускорения скатывания тела a a α в зависимости от угла наклона плоскости α. При расчетах следует использовать значение , определенное в п. 2. На одном листе должно быть два графика для двух таблиц.

5.Нанесите на две эти координатные плоскости экспериментальные точки a a α , обозначив их, например, треугольниками, и укажите для каждой из них доверительные интервалы в виде вертикальных отрезков.

6.Сопоставляя на графиках теоретические и экспериментальные значе-

ния ускорений соскальзывания тел a α и a α , сделайте заключение о выполнимости второго закона Ньютона. Замечание: два значения физической величины считаются статистически неразличимыми, если среднее (истинное)

35