№3 ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ УПРУГОСТИ И ТЯЖЕСТИ
учебно-методическое пособие по физике

№ 3 ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ТЕЛА ПО ОКРУЖНОСТИ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛ УПРУГОСТИ И ТЯЖЕСТИ

Цель работы: Экспериментально проверить утверждение о том, что ускорение, получаемое телом в результате одновременного действия

на него нескольких сил, равно отношению модуля равнодействующей этих сил к массе тела.

Оборудование: Груз с крючком, катушка с нитью, динамометр, секундомер, лента измерительная, штатив с муфтой и лапкой, весы, лист бумаги.

Необходимые сведения

Если груз, подвешенный на нити, отклонить от положения равновесия и толкнуть в сторону, он станет вращаться с постоянной скоростью вокруг вертикальной оси, описывая в горизонтальной плоскости окружность. При этом на него одновременно действуют сила тяжести и сила упругости нити, равнодействующая которых  , направлена к центру окружности. Под действием этих сил груз получает ускорение, направленное также к центру окружности – центростремительное ускорение  .

На основании второго закона Ньютона

Выражение (1) экспериментально проверяется в работе. Модуль центростремительного ускорения определяют, используя формулу.

Где  – скорость вращения груза; - радиус окружности. Для того чтобы определить скорость , достаточно знать длину окружности  и время t, в течении которого груз совершит несколько полных оборотов .

Тогда   .

Модуль равнодействующей сил   и массу груза    измеряют соответственно с помощью динамометра и весов.

Подготовка к работе

1. Укажите, какие физические величины подлежат прямому измерению при определении центростремительного ускорения. Какие приборы необходимы для их измерения?

2. Определите и запишите значения погрешностей отсчёта секундомера, измерительной ленты и динамометра.

3. Запишите выражения для определения абсолютных погрешностей измерения , используя формулы (1) и (2).

4. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений, и вычислений.

5. Ответьте на следующие вопросы.

• Почему подвес груза должен иметь как можно большую длину?

• Почему радиус окружности, по которой будет вращаться груз, не следует делать слишком большим?

• Почему число оборотов груза ограничивают 10-15?

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Измерьте массу груза с помощью весов.

2. Закрепите на верхнем конце стержня штатива лапку. Подвесьте к ней груз. Высота груза над столом не должна превышать 5-10 мм.

3. Под груз подложите лист бумаги, на котором начерчена окружность. Неподвижный груз должен висеть точно над её центром.

4. Отклоните груз до линии круга и слегка толкните вдоль касательной к окружности. Проведите несколько пробных пусков

и определите силу и направление толчка, после которого центр

груза вращался бы точно над окружностью.

5. Измерьте время  , за которое груз совершит 10-15 полных оборотов .

6. Измерьте радиус окружности  .

7. Вычислите по формуле (2) значение центростремительного ускорения

8. Запишите в таблицу абсолютные погрешности измерения времени вращения , радиуса окружности , массы груза ∆.

9. Определите значение абсолютной погрешности измерения .

10. Запишите значение центростремительного ускорения  с учётом погрешности измерения:

11. Измерьте динамометром равнодействующую сил, действовав ших на груз при вращении. Для этого динамометр сцепляют с грузом и отводят в сторону, как показано на рисунке 7, так, чтобы центр груза оказался над линией окружности.

12. Запишите в таблицу значение абсолютной погрешности измерения равнодействующей сил ,

13. Вычислите отношение

14. Определите значение абсолютной погрешности измерения  

15. Запишите значение  с учётом абсолютной погрешности измерения:

16. Установите, перекрываются ли интервалы возможных значений ускорения , вычисленные двумя способами. Сделайте вывод о справедливости утверждения, сформулированного в рубрике «Цель работы»