№4 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВЕСА ТЕЛА ПРИ ЕГО ДВИЖЕНИИ С УСКОРЕНИЕМ
учебно-методическое пособие по физике

№4 ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВЕСА ТЕЛА ПРИ ЕГО ДВИЖЕНИИ С УСКОРЕНИЕМ

Цель работы: Экспериментально доказать утверждение о том, что при движении тела с ускорением, направленным вверх, его вес увеличивается.

Оборудование: Груз массой 100 г, динамометр, штатив с муфтой и лапкой, нить.

Необходимые сведения

Объектом изучения является груз, подвешенный с помощью нити к динамометру. Если груз неподвижен, динамометр показывает его вес Pо = mg. Но если у груза появится ускорение, направленное вверх, его вес изменится на величину m.  При этом модуль веса станет равным

P = m(gα)        (1)

Грузу сообщают ускорение, отклонив его в сторону, пока нить не займёт горизонтальное положение, но останется натянутой. После этого нить отпускают. Отпущенный груз движется по дуге окружности в вертикальной плоскости. При прохождении положения равновесия центростремительное ускорение груза направлено вверх и равно.

Значение ускорения α определяют, используя закон сохранения механической энергии. При отклонении груза в сторону он получает запас потенциальной энергии mgL, где L — длина подвеса (точнее расстояние от центра груза до точки крепления подвеса к динамометру). В момент прохождения положения равновесия эта энергия перейдёт в кинетическую энергию груза.

Поскольку

C учётом того, что R = L, центростремительное ускорение

α = 2g          (2)

После подстановки выражения (2) в формулу (1) следует, что вес отклонённого груза при прохождении им положения равновесия должен увеличиться в 3 раза:

P = m(g + 2g) = 3mg = 3P0.           (3)

Следствие (3) и проверяется в работе.

Подготовка к работе 

1.  Выведите формулу (1).

2.  Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.

3.  Ответьте на следующие вопросы.

• Какие факторы могут повлиять на точность измерений? Как можно уменьшить их влияние?

• Зависит ли следствие (3) от массы груза?

• На какой угол следует отклонить подвес, чтобы вес груза в нижней точке траектории увеличился в 2 раза?

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Закрепите в лапке штатива вертикально динамометр так, чтобы он выступал на 5—7 см за пределы рабочей поверхности стола.

2. Изготовьте из нити подвес длиной 50—60 см.

3. Подвесьте к динамометру груз массой 100 г.

4. Измерьте вес P0 покоящегося груза.

5. Отклоните груз в сторону так, чтобы нить приняла горизонтальное положение и не провисала.

6. Отпустите груз и определите показание динамометра P в момент прохождения грузом нижней точки траектории.

7. Повторите пуски груза 8—10 раз, каждый раз записывая показания динамометра.

8. Вычислите среднее значение веса груза Pcp при прохождении им нижней точки траектории.

9. Вычислите отношение Pср/P0.

10. Оцените степень расхождения результата (относительную погрешность измерения) ε, полученного экспериментально, с тем, который получен теоретически: