Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Движение тела по окружности под действием силы тяжести и упругости.
Цель работы: проверить справедливость второго закона Ньютона для движения тела по окружности под действием нескольких сил. Оборудование, средства измерения: груз; нить; штатив с муфтой и кольцом; лист бумаги; измерительная лента; часы с секундной стрелкой. Теоретическое обоснование: Экспериментальная установка состоит из груза, привязанного на нити к кольцу штатива. На столе под маятником располагают лист бумаги, на котором нарисована окружность радиусом 10 см. Центр окружности находится на вертикали под точкой подвеса маятника. При движении груза по окружности, изображенной на листе, нить описывает коническую поверхность. Поэтому такой маятник называют коническим. К
h a
X О R Y (рис.1) 1. Центростремительное ускорение аn маятника, направленное к точке О, создается одновременным действием на него силы тяжести mg и силы натяжения нити Fn. Второй закон Ньютона для движения груза в векторной форме имеет вид (1) уравнение в проекциях на оси принимает вид (Х) man = Fn*Sina (2) (Y) 0 = mg – Fn*Cosa, где α - угол, образуемый нитью с вертикалью
Выразим Fn из последнего уравнения и подставим в уравнение (2). Тогда, an= g*tga (3) Известно . Период можно определить, измерив время t, за которое маятник совершает N оборотов: T = t/N, из рисунка видно tga = R/h, h – расстояние от точки подвеса до центра окружности О, радиуса R. Собрав в одну формулу (3) получим (4), формула (4) – прямое следствие второго закона Ньютона. Таким образом, первый способ проверки справедливости второго закона Ньютона сводится к экспериментальной проверке тождественности левой и правой части равенства. 2. Второй способ основан на непосредственном измерении равнодействующей силы силы тяжести и силы натяжения : Сила сообщает маятнику центростремительное ускорение аn= F/m. С учетом формул ускорения и периода второй закон Ньютона принимает вид (5), сила измеряется с помощью динамометра. Маятник оттягивают от положения равновесия на расстояние равное радиусу окружности R, и снимают показания динамометра. Масса груза считается известной.
K a h
О R F (рис.2) Следовательно, еще один способ проверки справедливости второго закона Ньютона, сводится к экспериментальной проверке тождественности левой и правой частей равенства (5). Так как у (4) и (5), левые части равенств равны, то можно сравнить выражения Порядок выполнения работы:
Л4= Л4изм ± DЛ4 П4= П4изм ± D П4
e = D П5 =
Л5= Л5изм ± DЛ5 П5= П5изм ± D П5
Вывод: ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
|