Отримання знань

Лабораторна робота № 4

 

Теоретичні відомості

Прилад для перевірки другого закону Ньютона має наступну конструкцію. Він складається з металевого стержня 6 довжиною 125 см, на одному кінці якого закріплена обойма з блоками 4, а на іншому – щока 13. Між обоймою та щокою зверху стержня натягнутий дріт 8, по якому може вільно переміщуватись двоколісний візочок 10. Маса візочка разом із столиком для вантажів дорівнює 300 г. Дротина лежить на трьох опорних гвинтах, які компенсують її прогинання під вагою візочка.

На щоці зверху закріплена защолка 12, яка утримує візочок у початковому положенні, а на обоймі – пружинний затискач 5, який затримує візочок наприкінці шляху.

Через блок в обоймі перекинута мотузка 7, один кінець якої прив’язаний до візочка, а інший – до шальки для важків 2 масою 10 г. До обойми блока підвішений металевий стержень 3 з рухомим столиком 1, він призначений для зупинки шальки з важками 2 при визначенні миттєвої швидкості.

Знизу на стержень 6 надітий фіксатор 9, який утримується з допомогою пружинних затискачів і може легко переміщуватись вздовж стержня. Фіксатор відмічає ударом момент проходження візочком тієї точки шляху, де він встановлений. Коли візочок проходить над фіксатором, то стержень його столика повертає защолку. При цьому плоска пружина фіксатора вивільняється і вдаряє прикріпленою до неї кулькою об повзунок.

Стержень має відкидну ніжку 14, призначену для встановлення приладу на столі у робочому положенні і тримачем 11 для закріплення його в муфті штатива.

До приладу додаються два важка по 120 г та два важка по 3 г. Час руху візочка вимірюють з допомогою секундоміра чи метронома, а відстань, пройдену візочком – мірною стрічкою.

 

 

Установка приладу:

Для установки приладу необхідно в стержень вставити тримач і закріпити його у муфті штатива, а ніжку приладу відкинути вперед до упора. Прилад розміщують біля краю стола.

Шляхом переміщення муфти на штативі (вгору/вниз), надають приладу невеликий ухил, при якому складова сили тяжіння, яка напрямлена вздовж стержня приладу і є причиною руху візочка, урівноважується силою тертя і тому візочок при легкому поштовху починає переміщуватись рівномірно і прямолінійно вздовж всієї дротини.

Для того щоб перевірити рівномірність руху візочка  поступають наступним чином: розміщують фіксатор на відстані приблизно 300 ммвід защолки, та відпустивши защолку  визначають час руху візочка. Потім збільшують відстань між защолкою  та фіксатором вдвічі і знов визначають час руху візочка від защолки до фіксатора. Якщо час при цьому збільшився рівно вдвічі, то це означає, що візочок переміщується рівномірно. Якщо такого збігу немає, потрібно, шляхом переміщення муфти на штативі (вгору/вниз), змінити ухил приладу.  

                          

Контрольні запитання

1)   Сформулюйте означення прискорення рівнозмінного руху та запишіть формулу за якою визначається прискорення.

2)   Що називають інерцією, інертністю? Сформулюйте означення маси. Які методи вимірювання маси Вам відомі. Який метод вимірювання маси є універсальним.

3)   Сформулюйте означення сили. Які основні види механічних сил Вам відомі. Коротко охарактеризуйте основні механічні сили за планом характеристики сил.

4)   Що називають інерціальними системами відліку. Які системи відліку можна вважати інерціальними. Наведіть приклади.

5)   Сформулюйте три закони Ньютона та наведіть їх математичний запис. За яких умов можна використовувати другий закон Ньютона?

 

Розв’яжіть тренувальні задачі

1)   Трамвай масою 5 т рушає з місця (із стану спокою) і, рухаючись рівноприскорено, проходить  шлях 50 м  за 50 с. Визначте силу, що надає потягу прискорення. Тертям знехтувати.

2)   Гальмівний шлях, довжиною 25 м, автомобіль масою 2 т долає за  10 с. Знайдіть коефіцієнт тертя коліс автомобіля об поверхню дороги, якщо початкова швидкість автомобіля до початку гальмування складала 10 м/с.

3)   Автомобіль масою 1,2 т рухається з місця з прискоренням 0,8 м/с². Яку силу тяги розвиває двигун при русі, якщо коефіцієнт тертя 0,02

 

Хід роботи

І. Дослідження залежності прискорення від прикладеної сили при постійній масі тіла.

1.      Опрацюйте теоретичні відомості та інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 1.

2.      Ознайомтесь з принципом дії наданого обладнання та підготуйте його до роботи.

3.      Встановіть прилад так, щоб візочок, навантажений важками у 246 г (два важки по 120 г і два важки по 3 г) переміщувався рівномірно, тобто складова сили тяжіння, яка напрямлена вздовж стержня приладу і є причиною руху візочка, урівноважувалась силою тертя.

4.      На шальку для важків покладіть вантаж 3 г. Сила тяги візочка при цьому буде рівна     0,03 Н. (, m=0,003 кг, g=10 м/с²). Фіксатор розмістіть на такій відстані, щоб важок на мотузці торкався підлоги, коли візочок пройде всю відстань.

5.      З допомогою защолки відпустити візочок. Виміряйте шлях та час його руху від моменту початку руху до моменту удару шальки об землю. Результати вимірювань занесіть до складеної Вами таблиці даних 1. Врахуйте, що загальна маса рухомих тіл складає 549 г .

6.      Так як візочок під дією сили тяги рухається рівноприскорено,  обчисліть прискорення за формулою . Результати обчислень запишіть до таблиці даних 1.

7.      Не змінюючи параметрів установки повторіть дослід (пункти 4 - 5) три - п’ять разів, визначивши середнє значення прискорення .

8.      Зніміть з візочка один важок масою 3 г і перекладіть його на шальку, прив’язану до іншого кінця мотузки. При цьому сила тяги візочка збільшиться вдвічі, а маса системи не зміниться. Повторіть дослід (пункт 5 - 6) і визначивши середнє значення прискорення . Результати вимірювань та обчислень запишіть до складеної Вами таблиці даних 1.

9.      Зніміть з візочка ще один важок масою 3 г і перекладіть його на шальку, прив’язану до іншого кінця мотузки. Повторіть дослід (пункт 5 - 6) і визначивши середнє значення прискорення . Результати вимірювань та обчислень запишіть до складеної Вами таблиці даних 1.

10.  На міліметровому папері побудуйте графік залежності прискорення тіла а від прикладеної сили тяги F – а(F). 

11.  Обчисліть похибки вимірювань. Зробіть висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; порівняти силу тяги з добутком маси і прискорення системи;  опишіть причини похибок;  що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б  її більш цікавою для Вас.

 

ІІ. Дослідження залежності прискорення від маси тіла при сталості прикладеної сили.

1.      Опрацюйте теоретичні відомості та інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 2.

2.      Встановіть прилад так, щоб візочок, навантажений важками у 246 г (два важки по 120 г і два важки по 3 г) переміщувався рівномірно, тобто складова сили тяжіння, яка напрямлена вздовж стержня приладу і є причиною руху візочка, урівноважувалась силою тертя.

3.      Зніміть з візочка всі важки. На шальку, прив’язану до іншого кінця мотузки покладіть важок 3 г.

4.      З допомогою защолки відпустити візочок. Виміряйте шлях та час його руху від моменту початку руху до моменту удару шальки об землю. Результати вимірювань запишіть до складеної Вами таблиці даних 2.

5.      Так як візочок під дією сили тяги рухається рівноприскорено,  визначте прискорення за формулою  при силі тяги 0,03 Н. Результати обчислень запишіть до таблиці даних 2. Загальна маса рухомих тіл при цьому складає 303 г.

6.      Не змінюючи параметрів установки повторіть дослід (пункти 4 - 5) три - п’ять разів визначивши середнє значення прискорення .

7.      Покладіть на візочок вантаж 120 г і повторивши дослід (пункти 4 - 6) визначивши середнє значення прискорення . Загальна маса рухомих тіл при цьому складає 423 г. Результати обчислень запишіть до таблиці даних 2.

8.      Покладіть на візочок ще один вантаж 120 г і повторивши дослід (пункти 4 - 6) визначивши середнє значення прискорення , врахувавши, що загальна маса рухомих тіл при цьому складає 543 г. Результати обчислень запишіть до таблиці даних 2.

9.      На міліметровому папері побудуйте графік залежності прискорення тіла а від його маси m – а(m).  За даним графіком знайдіть силу тяги.

10.  Обчислити похибки вимірювань. Зробити висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; порівняти силу тяги візочка з добутком його маси і прискорення;  опишіть причини похибок;  що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б  її більш цікавою для Вас.