Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Измерение ускорения свободного падения с помощью конического маятника.
|
|
Конический маятник представляет собой небольшой шарик, подвешенный к нити, который движется по окружности радиуса R (см. рис.10). При этом нить АВ, к которой прикреплен шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. На шарик действуют две силы: сила тяжести 
и сила натяжения нити 
(см. рис. 11, a). Они создают центростремительное ускорение, направленное по радиусу к центру окружности.
Рис. 10
Центростремительное ускорение можно определить также, используя законы динамики. Согласно второму закону Ньютона 
. Разложим силу на составляющие 
и 
, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх. Тогда второй закон Ньютона запишется следующим образом: 
.
Направление координатных осей выберем так, как показано на рисунке 11, б. В проекциях на ось О1у уравнение движения шарика примет вид: 
. Отсюда F2=mg, т. е. составляющая уравновешивает силу тяжести 
, действующую на шарик.
Запишем второй закон Ньютона в проекциях на ось О1х: maц=F1. Отсюда 
.
Модуль составляющей F1 можно определить различными способами. Во-первых, это можно сделать из подобия треугольников ОАВ и FBF1: 
. Отсюда 
и 
.
Во-вторых, модуль составляющей F1 можно непосредственно измерить динамометром. Для этого от- Рис. 11
тягиваем горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности (см. рис. 11, в), и определяем показание динамометра. При этом сила упругости пружины уравновешивает составляющую .
Приравняем попарно выражения для центростремительного ускорения и выразим ускорение свободного падения: 
è 
è 
.
Таблица 11
| h, м | N | t, с | Т, с | g, м/с2 |
| 0, 54 | 1, 45 | 10, 1 |
Таблица 12
| F1, Н | h, м | m, кг | R, м | g, м/с2 |
| 0, 3 | 0, 54 | 0, 1 | 0, 15 | 10, 8 |
Среднее значение ускорения свободного падения =10, 45 м/с2.
9. Изучение свободного падения тел с помощью интерактивной программы “Живая физика» (Physicon\Physics 7-11).
Интерактивная программа «Живая физика» позволяет поставить виртуальный эксперимент и построить графики зависимости координаты, проекции скорости и ускорения тела, брошенного вертикально от величины и направления начальной скорости. Анализируя эти графики, можно сделать вывод, что координата меняется по законам равноускоренного движения (график – парабола), проекция скорости меняется линейно (эта величина положительна, если скорость направлена вверх и отрицательна, если скорость направлена вниз), а проекция ускорения – постоянна и равна примерно -10 м/с2, так как вектор ускорения свободного падения всегда направлен вертикально вниз.
Рис. 12