Краткая теория

Путь к правильному пониманию переходов движенияиз одной формы в другую был намечен М.В. Ломоносовым (1748). Он сформулировал закон общей массы вещества прихимических превращениях и закон хранения материи и движения. Через 100 лет после Ломоносова, Р. Майер и Г. Гельмгольц дали количественную формулировку закона сохранения и превращения энергии: " В замкнутой системе, энергия может переходить из одних видов в другие и передаваться от одного тела в другое, но ее общее количество остается неизменным".

Закон сохранения и превращения энергии имеет глубокий философский смысл. Он блестяще подтверждает одно их основных положений диалектического материализма о том, что движение является неотъемлемым свойством материи, что оно не сотворимо и не уничтожимо, а лишь преобразуется из одних форм в другие.

Если в замкнутой системе, кроме консервативных действуют такие неконсервативные силы, например, силы трения, то полнаямеханическая энергия системы не сохраняется. Рассматривая неконсервативные силы также как внешние, можно написать: Е₂ – Е₁ = А_нк

Где А_нк – работа неконсервативных сил.

Упражнение1. Сравнение работы силы упругостис изменением кинетической энергии тела.

Из механики известно, что работа равна изменению механической энергии тела: А= Е₂ – Е₁ = –Δ Е

Если меняется только потенциальная энергия, то А= –Δ Е_n, если кинетическая энергия, то А=–Δ Е_к

Цель упражнения: Целью упражнения 1 является проверка утверждения, что работа упругой деформации пружины равна изменению кинетической энергии тела, происшедшего в результате совершенной работы.

Приборы и оборудование: два штатива, динамометр, шар (металлический), нить длиной 60-80 см, бумага копировальная.

Описание метода:

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К крючку динамометра привязывают шар нанити длиной 60-80 см. На другом штативе на такой же высоте, как и динамометр закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на определенное расстояние, растягивая пружину. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости он приобретает скорость, его кинетическая энергия изменяется от 0 до для определения скорости шара, приобретенной под действием силы упругости F_упр, можно измерить дальность полета S шара при свободном падении с высоты H: ; Отсюда скорость равна т.к., , то изменение кинетической энергии равно: (1) Сила упругости по закону Гука изменяется линейно от F_упр1 до F_упр2=0, среднее значение силы упругости равно:

Измерив деформацию пружины динамометра можно вычислить работу силы упругости: (2)

Задачей настоящей работы является сравнение (1) и (2) т.е.

Выполнение работы:

1. Получите от преподавателя указание на какой высоте следует установить динамометр и шар, какая должна быть сила упругости действующая на шар.

2. Укрепите на штативах динамометр и лапку для шара на одинаковой высоте от поверхности стола. Прикрепите к динамометру нить с привязанным шаром.

3. Установив шар на лапке, отодвигайте второй штатив до тех пор, пока показание динамометра станет равным заданному значению. Отпустите шар с лапки и заметьте место его падения на столе. Опыт повторите 2, 3 раза, определите среднее значение дальности полета шара:

4. Определите массу шара m с помощью весов и вычислите измерение кинетической энергии шара под действием силы упругости:

5. Измерьте удлинение пружины динамометра при значении силы упругости F_упр1. Вычислите работу А силы упругости:

Оцените границы погрешности определения значений изменения кинетической энергии и работы силы упругости.

Сравните полученные значения работы А силы упругости и изменения кинетической энергии шара. Сделайте вывод.

Упражнение 2.

Цель упражнение 2: Исходя из того, что работа силы трения равна изменению энергии тела, т.е. найти .

Приборы: Трибометр лабораторный с бруском, динамометр учебный, весы технические ВТВ-200, разновески, штангенциркуль, линейка измерительная 30-35 см, прочная нить длиною 20-30 см.

Описание метода:

Пусть трибометр расположен горизонтально. Переместим брусок А на некоторое расстояние S, растягивая пружину (ясно что удлинение тоже будет равно S).

Тем самым мы сообщаем потенциальную энергию деформации. Изменение потенциально энергии:

т.к , то (3)

По закону Гука , тогда

где F_упр найдем по показанию динамометра. После освобождения бруска он начнет двигаться, но скорость его будет уменьшаться, т.к. бруску приходится совершать работу против сил трения. Когда вся потенциальная энергия израсходовалась, брусок пройдя какое-то расстояние, остановится. Тогда работу силы трения можно вычислить так:

; (4)

Т.к. , то в нашем случае должно выполняться равенство: ; (5)

Где - коэффициент трения бруска о линейку трибометра. Если линейку трибометра установить наклонно, то расчетная формула /5/ измениться. Экспериментально определяемые величины в формуле /5/ F_упр – показания динамометра, - деформация пружины, - мacca, S –перемещение бруска.

Выполнение упражнения 3.

1. Получитьот преподавателя указание, какое значение задать углу и как расположить динамометр и брусок на линейке трибометра.

2. Вывести для заданного случая проверяемое соотношение (расчетную формулу).

3. Провести необходимые измерения, результаты занести в таблицу. Подставить экспериментальные данные и расчетную формулу.

4. Сделать вывод.

Упражнение 1