Таблица 1. Результаты измерения коэффициента трения по линейке-желобу.
h
L
tgб=h/L =k1
<k1>
1
k1=………
Работа силы трения на всей длине S1 наклонной плоскости равна
А=k1mgcosб?S = k1mg L.
В соответствии с законом сохранения энергии, шайба, скатившаяся с высоты h, в конце наклонной плоскости обладает кинетической энергией
mv2/2 = mgh - k1mgL (2)
За счет этой энергии она продолжит движение по горизонтальной поверхности и остановится на таком расстоянии S2 от основания наклонной плоскости, когда работа силы трения сравняется с исходным значением кинетической энергии. Отсюда получаем:
mgh - k1mgL= k2 mgS2 (3)
где k2 - коэффициент трения скольжения шайбы по столу. Отсюда находим
k2 = (h-k1L)/S2 (4)
В соответствии с описанной методикой проделайте измерения и определите коэффициенты трения скольжения шайбы о поверхности линейки-желоба и стола. Результаты занесите в таблицу 2. Оцените статистические погрешности измерений и представьте результаты в форме интервала.
Таблица 2. Результаты определения коэффициента трения по столу.
h, см
L , см
S2, см
k1
k2
<k2>
Дk2
<Дk2>
д,%
2
3
k2=………±…………
Задание 2. Определение мгновенной скорости шайбы.
Скорость шайбы в конце скатывания можно определить экспериментально следующим способом. Установите наклонную плоскость возле края стола и так, чтобы шайба, пройдя после скатывания 2-3 см, начала свободно падать. Время ее падения можно определить по формуле t=v(2h/g), где h - высота стола. Измерив расстояние l, которое она пролетает по горизонтали от края стола, вычисляют скорость ее горизонтального движения
V=<l>/ v(2h/g) (5)
Таблица 3. Результаты определения мгновенной скорости шайбы в конце наклонной плоскости.
l1 , см
g, см/с2
V, см/с
<V>,см/с
ДV, см/с
<Д>, см/с
V=………±…………
Скорость шайбы в конце скатывания можно определить также из формулы (2):
V2=2g(h - kL) (6)
Рассчитайте значение мгновенной скорости для той же высоты скатывания и сравните с экспериментальными результатами. Объясните полученный результат.
Таблица 4. Результаты расчета мгновенной скорости шайбы в конце наклонной плоскости.
Задание 3. Проверка закона сохранения энергии.
По вычисленному в задании 2 значению скорости можно определить кинетическую энергию шайбы в момент выхода ее на стол. При дальнейшем движении сила трения о поверхность стола тормозит ее и останавливает на некотором расстоянии ST (тормозной путь). Для этого случая закон сохранения энергии принимает вид
mV2/2=k2mgST (7)
Воспользовавшись измеренным в задании 1 значением коэффициента трения k2, рассчитайте тормозные пути для всех трех случаев, рассмотренных в задании 2. Затем определите эти же тормозные пути - Sр - экспериментально. Результаты занесите в таблицу 5. Дайте объяснение полученным расхождениям теории и практики.
Таблица 5. Сравнение теоретических ST и реальных тормозных Sр путей шайбы.
ST, см
Sр см
ДS, см
<ДS>, см
Задание 4. Проверка закона сохранения импульса.
Опыт производится следующим образом. Вблизи основания наклонной плоскости устанавливается вторая шайба. На поверхности стола отмечают положение её центра. Шайба, падающая сверху наклонной плоскости, ударяется о неё упруго. Удар может быть прямым или косым, поэтому следует провести два экспериментальных наблюдения.
1. При прямом ударе первая шайба останавливается, а вторая продолжает её движение. По длине траектории определите её скорость и начальный импульс р2. Сравните полученный результат с импульсом р1 первой шайбы. Результаты сравнений занесите в отчет без таблицы, в свободной форме.
2. После «косого» столкновения движутся обе шайбы, их траектории образуют некоторый угол. В эксперименте следует отметить положение каждой из них в момент столкновения и конечные точки их разлета.
Поскольку массы шайб одинаковы, а тормозные пути пропорциональны квадратам их скоростей (см. формулы 6 и 7), то значения импульсов пропорциональны корням квадратным из их тормозных путей:
p1 ~mvS1 p2 ~mvS2 (8)
С учетом векторного характера импульса проверку закона сохранения импульсов в этом случае нужно произвести путем построения четырехугольника на сторонах фигуры, получившейся после эксперимента. В идеальном случае должен получиться параллелограмм Воспользовавшись теоремой косинусов можно записать соотношение
S21 +S22 +2S1S2cosб= S2Т (8)
Выполнение задания начинают с подбора высоты наклонной плоскости - длина тормозного пути SТ при этом должна быть достаточно большой, а разброс значений - минимальным.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8