1. Расчеты

Задание 1. Определение коэффициента трения покоя

1. Найти среднее арифметическое значение угла наклона для каждой пары ма-териалов. Вычислить коэффициенты трения покоя по формуле (5).

Задание 2. Определение коэффициента трения скольжения

1. Рассчитать по формуле (7) коэффициент трения скольжения для каждой па-ры материалов по результатам каждого опыта.

2. Найти среднее арифметическое значение коэффициентов трения скольжения для каждой пары материалов.

3. Рассчитать абсолютную погрешность для каждой пары материалов как для прямых измерений.

4. Рассчитать относительную погрешность измерений.

5. Окончательный результат записать в виде:

сталь-сталь:	μ = μср ±	μ
сталь-целлулоид:	μ = μср ±	μ

2. Защита работы

(ответы представить в письменном виде)

1. Что называется трением? В чем причина его появления?

2. Какие виды сухого трения Вы знаете?

3. Что называется силой трения покоя?

4. Укажите силы, действующие на тело на наклонной плоскости.

5. От чего зависит коэффициент трения покоя?

6. От чего зависит коэффициент трения скольжения?

7. Какой вывод можно сделать из результатов работы?

38

Механика

Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №4

Выполнил(а)_____________________

Группа__________________

Задание 1

№

Сталь−сталь

Сталь−целлулоид

п/п

α°

μ0

α°

μ0

1

2

3

4

5

среднее

Задание 2

№

Сталь-сталь

Сталь-целлулоид

п/п

α°

S,

t,

μ

α°

S,

t,

μ

м

с

м

с

1

2

3

4

5

среднее

Дата________ Подпись преподавателя___________________

39

Описания лабораторных работ Механика

Лабораторная работа №5

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА

Цель работы – исследовать законы равномерного и равноускоренного движений тел, проверить второй закон Ньютона.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, перегрузки, электронный секундомер, ключ, блок питания.

Описание экспериментальной установки

		R	1
	2		3
		0
		10
		20	S1 t1
		30	8
		40	4’
	4	50	5
		60	S2 t2
		70
7		80	6
		Рисунок 1

Машина Атвуда (рис. 1) состоит из верти-кальной стойки 3 со шкалой с сантиметровыми де-лениями, градуированная часть которой составляет 86 см. В верхней части стойки крепится легкий блок 1, вращающийся с незначительным трением. Через блок перекинута тонкая нить с прикрепленными грузами 4 и 4 ^/ одинаковой массы m. Значение мас-сы указано на грузе. Слева, ниже блока, на стойке укреплен электромагнитный пускатель 2, служащий для пуска и остановки грузов. Включение пускателя осуществляется через ключ от блока питания. При замкнутой цепи пускатель зажимает нить и не дает грузам перемещаться. Слева, снизу, к стойке при-креплен ограничитель 7, предназначенный для ус-тановки торца груза 4 ^/ напротив нулевой отметки на шкале (груз 4 при этом находится на поверхно-сти 7).

Справа на стойке имеются две платформы: приемный столик 6 и подвижное кольцо 5. Обе платформы при помощи зажимных винтов могут закрепляться в любом месте шкалы. Движение грузов вызывается перегрузками 8 массой m₁ (1 г,

3 г, 5 г), которые надеваются на груз 4 ^/ сверху.

Общие положения

Пренебрегая массой нити по сравнению с массой грузов можно с боль-шой степенью точности считать , что грузы двигаются равноускоренно. Если не учитывать растяжение нити, то в каждый момент времени грузы на её концах будут иметь одинаковые по величине ускорения. Блок вращается с незначи-тельным трением, поэтому можно считать равными силы натяжения нити в лю-бом её сечении.

40

Механика Описания лабораторных работ

На рис. 2 показаны силы, действующие на грузы 4 и 4/ и перегрузок 8. Приме-
				ним второй закон Ньютона к движе-
T1		T2	N	нию грузов и перегрузка. Для груза 4/
				в проекции на направление движения
8
		a		можно записать:
			8	mg + P − T1 = ma ,	(1)
	a	4
				где Р – сила давления перегрузка 8 на
P
				груз 4/;
mg		mg	m1 g	T1 – сила натяжения правой нити.
		Рисунок 2		В проекции на направление движе-
				ния для груза 4 имеем:

− mg + T₂ = ma .

Закон движения перегрузка 8:

m₁g − N = m₁a .

где N – сила реакции груза 4^/ на перегрузок. По третьему закону Ньютона

|N|=P.

Решая систему уравнений (1) – (3), получим:

a =	m1 g	.
	2m + m1

При решении системы было учтено, что Т₁ =Т₂ .

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

(2)

(3)

(4)

1. Какой закон проверяется в упражнении 1?

2. Какой закон проверяется в упражнении 2?

3. Какой закон проверяется в упражнении 3?

4. Какие графики необходимо построить в каждом упражнении? Схематиче-ски изобразите, какой вид должны иметь эти графики по теории.

				t 2
5.	Как по графику зависимости	S	=	f	1		определить ускорение а?
		1			2

Выполнение работы

Задание 1. Исследование закона равномерного движения

Равномерным называется движение, при котором численное значение скорости с течением времени не изменяется. Для равномерного движения зави-симость пути от времени имеет вид:

S = vt .

41

Описания лабораторных работ Механика

Силами трения в условиях данного эксперимента мы пренебрегаем, поэтому можно считать, что после снятия перегрузка груз 4^/ движется равномерно.

1. Установить систему в исходное состояние (верхний торец груза 4^/ напротив отметки 0 шкалы), включить электромагнит 2 и положить на груз 4^/ пере-

грузок в m₁ =3 г.

2. Кольцевую платформу установить напротив отметки шкалы 20 см (S₁=20 см), а нижнюю 6 так, чтобы в первом опыте после снятия перегрузка он проходил путь S₂ =20 см плюс высота груза h=28 мм.

3. Выключить электромагнит и в момент снятия перегрузка включить секун-домер. Когда груз ударится о нижнюю платформу, секундомер выключить.

4. Оставляя платформу 5 на месте (S₁=20 см=const), передвинуть платформу 6 вниз на 5 см и повторить те же измерения.

5. Повторить измерения, описанные в пп. 1−4, пять раз, каждый раз опуская платформу на 5 см вниз.

Задание 2. Исследование закона равноускоренного движения

Равноускоренным называется движение, при котором значение ускорения с течением времени не изменяется. Для равноускоренного движения зависи-мость пути от времени имеет вид:

S = v0t +	at 2	.
	2

Если v₀=0, то

_{S =} at ² _.

2

1. Установить грузы в исходное положение, включить электромагнит; поло-жить на груз 4^/ перегрузок 3 г. Записать значение массы груза и перегрузка.

2. Закрепить кольцевую платформу 5 на расстоянии 30 см от верхнего края груза 4^/. Сплошную платформу опустить в крайнее нижнее положение.

3. Выключить электромагнит, одновременно включив секундомер. В момент снятия перегрузка секундомер выключить.

4. Повторить опыт не менее 5 раз, опуская каждый раз платформу на 5 см вниз, т.е. увеличивая S_1.

Задание 3. Проверка второго закона Ньютона

Согласно второму закону Ньютона произведение массы m тела на его ус-корение a^r равно равнодействующей всех сил, действующих на тело:

mar = F .	(5)
Ускорение ar сообщается системе силой тяжести перегрузка
m1g = F .	(6)

42

Механика Описания лабораторных работ

Линейная зависимость ускорения a системы от силы тяжести перегрузка F должна подтвердить правильность второго закона Ньютона.

1. Установить систему в исходное положение. Включить электромагнит.

2. Кольцевую платформу 5 установить на расстояние S=40 см=const для всех дальнейших измерений.

3. Провести измерение времени t как в упражнении 2 для разных значений массы перегрузка m₁, комбинируя перегрузки в различных сочетаниях.

4. Вычислить ускорение а по результатам каждого опыта: a = ²_t2^S .

5. Рассчитать силу F по формуле (6).

6. Построить график зависимости ускорения от силы: а = f(F).

Оформление отчета 1. Расчеты

Задание 1. Исследование закона равномерного движения

1. Построить график зависимости S₂ = f (t₂ ).

2. Используя график, рассчитать скорость движения груза, как тангенс угла на-клона прямой (см. «Введение в физический практикум»).

Задание 2. Исследование закона равноускоренного движения

2

1. Построить график зависимости S = f ¹ .

1. 2

2. Используя график, рассчитать экспериментальное значение ускорения а_эксп., как тангенс угла наклона прямой (см. «Введение в физический практикум»).

3. Вычислить теоретическое значение ускорения а_теор по формуле (4).

4. Сравнить а_эксп и а_теор . Сделать вывод. ^t

Задание 3. Проверка второго закона Ньютона

1. Вычислить ускорение а по результатам каждого опыта: a = ²_t2^S .

2. Рассчитать силу F по формуле (6).

3. Построить график зависимости ускорения от силы: а = f(F).