Порядок выполнения работы

Цель работы: : определить центростремительное ускорение шарика под действием сил тяжести и упругости при его равномерном движении по окружности.

Оборудование:штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Теория:Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить АВ, к которой прикреплён шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. Из кинематических соотношений следует, что

На шарик действуют две силы: сила тяжести m и сила натяжения нити (рис. Л.1, а). Согласно второму закону Ньютона . Разложив силу на составляющие и , направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх, второй закон Ньютона запишем следующим образом: . Тогда можно записать: mа_п = F_1. Отсюда а_n = .

Модуль составляющей F₁ можно определить, пользуясь подобием треугольников ОАВ и F₁FB: F_l/R = mg/h ( . Отсюда F₁ = mgR/h и a_n = gR/h.

Сопоставим все три выражения для а_п:

а_п = 4 ²R/T², а_п =gR/h, а_n =

и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, примерно одинаковы.

Порядок выполнения работы

1.Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива (рис. Л.2, б).

3.Начертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.

6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает заданное число (например, в интервале от 30 до 60) оборотов.

7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем h ≈ l).

8. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на рас стояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей .

9. Повторите опыт несколько раз. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу:

Номер опыта	R, м	N	∆t, с	T= с	h, м	m, кг	, Н
1.
2.
3.
4.
5.
Среднее значение

10. Используя среднее значение, найдите модуль центростремительного ускорения по формулам

а_п = , а_п = и а_n =

11. Результаты средних значений и вычислений занесите в таблицу .

Номер опыта	R, м	N	∆t, с	T= с	h, м	m, кг	а_п = м/с²	а_п = м/с²	а_n = , м/с²

12. Сравните полученные три значения модуля центростремительного ускорения и сделайте вывод.

Контрольные вопросы:

1. Какие силы действуют на шарик конического маятника при постоянном угле отклонения нити?

2. В данной работе мы рассматривали шарик как материальную точку. Всегда ли это возможно?

3. Выведите первую расчётную формулу: а_п = . Назовите все физические величины и единицы их измерений, использовавшиеся при выводе формулы.

4. Какой закон применялся при выводе второй формулы: а_п = . Сформулируйте его.

5. Объясните, как измеряют модуль составляющей .при расчёте центростремительного ускорения по формуле а_n =

6. За счет чего получилось несовпадение значений ускорения, определенных разными способами?