|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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: mап = F1. Отсюда аn = . Модуль составляющей F1 можно определить, пользуясь подобием треугольников ОАВ и F1FB: Fl/R = mg/h ( . Отсюда F1 = mgR/h и an = gR/h. Сопоставим все три выражения для ап: ап = 4 2R/T2, ап =gR/h, аn = 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:
10. Используя среднее значение, найдите модуль центростремительного ускорения по формулам ап = , ап = и аn = 11. Результаты средних значений и вычислений занесите в таблицу .
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: ап = . Назовите все физические величины и единицы их измерений, использовавшиеся при выводе формулы. 4. Какой закон применялся при выводе второй формулы: ап = . Сформулируйте его. 5. Объясните, как измеряют модуль составляющей .при расчёте центростремительного ускорения по формуле аn = 6. За счет чего получилось несовпадение значений ускорения, определенных разными способами?
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|