Порядок выполнении работы. 1. Штангенциркулем пять раз измерить диаметры шкивов и записать результаты в таблицу 1. 2. Надеть петлю, имеющуюся на свободном конце нити, привязанной к грузу, на штырь шкива. Вращая маховик, поднять груз на высоту Н. Высоту следует выбрать так, чтобы она соответствовала целому числу оборотов n1. Для этого при нижнем положении груза ( груз чуть касается пола, нить натянута) на маховике наносят горизонтальную черту мелом. За этой чертой нужно следить при наматывании нити на шкив. 3. Измерить высоту поднятия груза над полом при помощи вертикально поставленной линейки. 4. Отпустить маховик, одновременно включив секундомер. Остановить секундомер в момент удара груза об пол. Результат записать в таблицу. 5. Подсчитать число оборотов n2 от момента удара груза об пол до полной остановки маховика. Опыты 3, 4, 5 повторить 5 раз. 6. Повторить измерения наматывая нить на другой шкив. Таблицы результатов измерений. 1. Данные установки: m = ... , D m = ... . 2. Измерение Н и n1 : при намотке нити на первый шкив H1 = .... , DH1 = ... , n11= ... , при намотке на второй шкив Н2 - ... , DH2 = ... , n12=... . 3. Измерение диаметров шкивов: Таблица 1 № п/п | d1 мм | Dd1 мм | d2, мм | Dd2, мм | | | | | | среднее | | | | | d1 cл = …... , d1 = , d2 сл =... , d2 = 4. Измерение t и n2 для первого шкива Таблица 2 № п/п | t1,c | Dt1, с | n21 | Dn21 | | | | | | для второго шкива Таблица 3 № п/п | t2, с | Dt2, с | n22 | Dn22 | | | | | | Обработка результатов измерений. 1. После каждой таблицы рассчитать средние значения измеренных величин и случайные погрешности измерений. 2. По формуле (7) рассчитать момент инерции маховика для измерений с первым и вторым шкивами. 3. Рассчитать погрешность I для одного из случаев по формуле: (DI/I)2=(Dm/m)2+ 4(Dd/d)2 + 4(Dt/t)2 + (DН/Н)2 + ..+(Dn2/n2)2n12/(n1+n2)2 4. Сравнить результаты расчетов I при работе с первым и вторым шкивами. Дополнительное задания: рассчитать силы натяжения нити, моменты этих сил при работе с первым и вторым шкивами. Показать, что отношение моментов приближенно равно отношению диаметров шкивов и равно отношению ускорений , с которыми движется груз в первом и втором случаях. Определить потери механической энергии при движении груза от верхней точки до момента удара об пол.  Рис.3. Лабораторная работа № 4 Лабораторная установка "Наклонная плоскость" Цель работы: Установка предназначена для изучения законов динамики поступательного и вращательного движения при движении тел по наклонной плоскости, определения коэффициента трения скольжения и иллюстрации теоремы об изменении кинетической энергии. Приборы и принадлежности: Установка "Наклонная плоскость", секундомер, линейка. 1. Габаритные размеры не более 870х 180х 180 мм. 2. Масса не более 12 кг. Состав изделия и комплект поставки: 1. Основание - 1шт. 2. Стойка -1шт. 3. Циклонная плоскость q узлом крепления - 1 шт. 4. Коробка со сменными грузами - 1 шт. 5. Груз на нити - 1шт. 6. Дополнительные грузы - 2 шт. Устройство и принцип работы. Установка состоит из наклонной плоскости 1 (см. рис.4 представляющей собой профиль по дну которого скользит коробка с грузом. На одном из концов наклонной плоскости закреплен невесомый блок 2 (шлифованная ось), на другом массивный шкив 3. Коробка с грузом m1 перемещается между фиксаторами 4 и 5. Наклонная плоскость закреплена на штативе 6, позволяющем изменять высоту наклонной плоскости над уровнем стола, а также изменять угол наклона плоскости относительно горизонта. Установка комплектуется набором грузов m2 (7) для рассмотрения движения связанных тел. Для эксплуатации установки требуется секундомер. Вывод расчетных формул. Поступательное движение грузов m1 и m2 можно описать с помощью второго закона Ньютона. Для груза m1 уравнения второго закона Ньютона в проекциях на оси х и у (рис.4) выглядят так : Fтр – T1 + m1gsina = - m1a1 (1) N – m1g cosa = 0 (2) Для груза m2 закон Ньютона в проекции на ось у дает Т2 – m2 g = - m2a2 (3) Полагая, что скольжение нити по оси 2 происходит без трения, а сама нить невесома, можно записать Т1 = Т2 = Т, а1 = а2 = а. В этом случае решение системы уравнений (1),(2),(3) дает значение ускорения с которым движутся грузы m1 и m2: а =( m2g – m1gsina - mm1g cosa )/ (m1 +m2) (4) При некотором критическом значении угла наклона плоскости aкр система двух грузов может двигаться равномерно, т.е. а = 0. Следовательно, из соотношения (4) можно определить величину коэффициента трения скольжения: m = tg aкр – m2/m1 соs aкр (5) Если тело m1 не соединено нитью с телом m2 (m2 = 0), то а = g(sina - mm1g cosa) (6) и m = tg aкр (7) Следовательно, построив график зависимости а = f(tg a), можно экстраполяцией найти m = tg aкр. С другой стороны , зная значения m. и а можно определить работу всех сил, действующих на тела системы и проверить теорему об изменении кинетической энергии. Для упрощения задачи рассмотрим движение только тела m1. Для него запишем теорему DWK = Aвсех сил (8), где DWK = mv2/2 (9). Работа всех сил, действующих на тело m1 : AT = m2 (g - а)1 Amg = - m1gl sina Amg = -m m1gl cosa (10). Следовательно, можно произвести проверку соотношения (8). При этом опытным путем определяются a = 2l/t2 (11), v = 2l/t (12) и m (5). |