5.2Експериментальна частина

Підставку П1 з отвором закріплюють на стійці на відстані S нижче верхньої (нульової) позначки (див. рисунок 5.1). При цьому треба впевнитись, що під час руху тягар А вільно проходить крізь отвір у підставці. Потім на тягар А кладуть додатковий тягарець і піднімають до нульової позначки. Відпускають тягарі і одночасно включають секундомір. В той момент, коли тягар А проходить крізь отвір в підставці і звільняється від додаткового тягарця Т, виключають секундомір, фіксуючи час t прискореного руху на ділянці S. Далі, при тому ж самому положенні підставки П1, повторюють дослід, але секундомір включають в той момент, коли тягар А звільняється від додаткового тягарця, проходячи крізь отвір, а виключають, коли він досягне нижньої підставки П2, фіксуючи час t₁ рівномірного руху тягаря на ділянці S₁. Очевидно, швидкість рівномірного руху тягаря А на нижній ділянці: співпадає з кінцевою швидкістю тягаря на верхній ділянці.

5.3Порядок виконання роботи

1. Визначити маси тягарів та додаткового тягарця.

2. Закріпити підставку П1 на відстані 40…50 см нижче нульової (верхньої) позначки. Виміряти величини S і t та S₁ і t₁. Для даного положення підставки П1 вимірювання проміжків часу t і t₁ повторити 3 – 4 рази, звертаючи увагу на відтворюваність результатів вимірювань. Результати записати у заздалегідь підготовлену таблицю. Якщо одержані результати добре збігаються, для подальших розрахунків беруть їх середнє значення.

3. Переставити підставку П1 в нове положення і повторити цикл вимірювань. Кожному положенню підставки П1 буде відповідати одна точка на графіку. Для побудови графіка треба одержати мінімум 5 – 6 точок. Слід зауважити, що опускати підставку П1 дуже низько недоцільно, оскільки в таких випадках значно скорочується час t₁ і відповідно зростає похибка вимірювання.

4. Розрахувати та записати в таблицю дані, необхідні для побудови графіків залежностей v = v(t), а також однієї з залежностей (за вказівкою викладача): S = f(t²); = f(t); lgS = f(lg t); lg S = f(lg t²) тощо. В таблиці слід передбачити кілька вільних граф для величин, які заноситимуться до таблиці під час обробки результатів вимірювань.

5. Побудувати графіки залежності v = v(t) та вибраного варіанту спрямленої залежності. Для цього після нанесення на площину графіка експериментальних точок проводять пряму лінію так, щоб точки розташувались якомога ближче до прямої, а кількість точок вище і нижче лінії була приблизно однаковою. Якщо на графіку виявляються точки, які помітно відхиляються від очікуваної залежності, то треба обов’язково з’ясувати причини такої аномальної поведінки і при необхідності повторити відповідні вимірювання.

6. По кожному з графіків розрахувати прискорення руху. Порівняти одержані величини з теоретичним значенням (5.1), пояснити причини розбіжностей. Зробити висновки.

5.4Графічна обробка результатів вимірювань

Одним з найбільш поширених методів обробки експериментальних результатів є метод спрямлення нелінійної залежності, тобто зведення відомої з теорії нелінійної залежності до лінійної. Зручність такого способу полягає в тому, що через експериментальні точки на графіку можна достатньо точно провести тільки пряму лінію. Тому при побудові графіка слід прагнути того, щоб очікувана залежність мала вигляд прямої лінії. Так, досліджуючи рівноприскорений рух, ми припускаємо, що експериментальні результати будуть узгоджуватися з залежністю (5.2). Якщо побудувати графік, відкладаючи на координатних осях величини ′S′ і ′t′, то точки будуть розподілені по параболі, яку провести достатньо точно майже неможливо. Але якщо відкласти на осях величини «S – t²» або « – t», або «lg S – lg t», то графік набуває вигляду прямої лінії. Нахил одержаної прямої, або точки перетину її з осями координат дозволяють легко визначити відповідне прискорення руху.

Будуючи графік, слід насамперед раціонально вибрати масштаб, а саме – експериментальна крива має бути не дуже крутою і не дуже пологою, бо на таких кривих важко робити відліки. Потрібно по можливості використовувати всю площу графіка, тому в багатьох випадках відлік масштабних поділок на координатних осях доцільно починати не з нуля, а з деякого значення, дещо меншого від отриманих експериментальних значень. При виборі масштабів слід пам’ятати, що згідно вимог стандарту одна поділка шкали може відповідати лише 0,1; 0,2; 0,5 або 1; 2; 5, або 10; 20; 50 і т.д. одиницям вимірюваної величини, але ні в якому разі не 2,5 або 3, або 4, або 7 тощо. На шкалі, як правило, наносять лише «круглі» мітки. Наприклад, 0,5; 1; 1,5; 2 і т.д. На кінцях координатних осей (шкал) наносять позначення величин, які відкладаються, та відповідні одиниці вимірювання.

Точки і лінії наносять на графік чітко і ясно олівцем, так як інакше помилково нанесену точку або лінію не можна усунути з графіка, не зіпсувавши його. Ніяких другорядних ліній і відміток, які пояснюють побудову точок, на графік наносити не можна, оскільки вони заважають користуватися графіком.