Мета: перевірити закон збереження і перетворення механічної енергії і розрахувати абсолютну і відносну похибки прямих вимірювань однієї з вимірюваних величин.
Обладнання: два штатива, лоток, куля на нитки, динамометр, аркуші білого і копіювального паперу, лінійка, ваги, важок, скотч.
Висновок розрахункових формул
Якщо розтягнута пружина, що володіє потенційною енергією, пов'язана з тілом, то при переході в недеформоване стан її потенційна енергія при відсутності сил опору перетворюється в кінетичну енергію тіла:
Так як - модуль сили пружності пружини, то
Квадрат модуля швидкості руху тіла можна визначити по дальності його польоту і висоті падіння. .
З урахуванням (5) і (6) формула (4) набуде вигляду:
Порядок виконання роботи
1. Виміряйте на вагах масу кулі. Вимірювання повторіть три рази. Дані занесіть в таблицю 1.
2. Зміцніть на штативах лоток і динамометр на однаковій висоті (см) від поверхні столу. Нитка довжиною одним кінцем прив'яжіть до гачка динамометра, а іншим - до кулі (рис. 1). Відстань між штативами має бути таким, щоб куля знаходився на самому краю горизонтальної частини лотка при недеформованою пружині динамометра і, по можливості, горизонтальному положенні ненатягнутої нитки.
3. У передбачуваному місці падіння кулі закріпіть скотчем аркуш білого паперу і зверху - лист копіювального паперу. Притримуючи куля на краю лотка, відсуньте штатив з динамометром, так щоб його показання стали Н. Відпустіть куля і відзначте місце падіння його на столі по мітці на аркуші білого паперу.
Досвід проведіть не менше п'яти разів. Виміряйте дальність польоту кулі у всіх п'яти дослідах.
4. Виміряйте лінійкою абсолютну деформацію пружини х при силі пружності Н і висоту. Вимірювання повторіть п'ять разів. Результати вимірювань занесіть в таблицю 1.
5. Визначте середні значення. . і.
6. Підставте. . і в формулу (7) і перевірте виконання закону збереження енергії.
7. Розрахуйте абсолютну та відносну похибки прямого виміру однієї з величин (. Або х) і запишіть результат в інтервального формі.
Дайте відповідь на питання
1. Яку енергію називають механічною?
2. За яких умов виконується закон збереження механічної енергії?
3. Чим можна пояснити тільки наближена рівність потенційної енергії пружини і кінетичної енергії кулі?
4. Яку пружину (з більшою або меншою жорсткістю) краще використовувати в роботі для більш точного виконання закону збереження механічної енергії? Чому?
Обладнання: прилад для демонстрації незалежності дії сил; ваги технічні; лінійка вимірювальна 30-35 см; схил; штатив; біла і копіювальний папір.
Висновок розрахункових формул
Установка для досвіду показана на малюнку. При відхиленні стрижня А від вертикального положення куля на його кінці підніметься на висоту. щодо початкового рівня. При цьому система взаємодіючих тіл Земля - куля набуває потенційну енергію.
Якщо стрижень звільнити, то він повернеться в
вертикальне положення, де буде зупинений спеціальним упором.
На підставі закону збереження механічної енергії можна очікувати, що кінетична енергія кулі в момент проходження вертикального положення буде дорівнює зміні його потенційної енергії:
Обчисливши кінетичну і зміна потенційної енергії, кулі і порівнявши отримані peзультати, можна експериментально перевірити закон збереження механічної енергії. Для обчислення зміни потенційної енергії потрібно визначити масу m кулі на вагах і виміряти за допомогою лінійки висоту h його підйому. Для визначення кінетичної енергії необхідно виміряти: швидкість кулі в точці 0. Для цього прилад зміцнюють в лапці штатива на висоті Н над поверхнею столу, відводять стрижень з кулею в бік до висоти Н + h і потім відпускають. При ударі об упор кулю зісковзує зі стрижня.
Швидкість кулі під час падіння змінюється, проте горизонтальна складова її, залишається незмінною і рівною за модулем швидкості кулі в момент удару стрижня об упор. Тому швидкість кулі в момент зриву зі стержня можна визначити з виразу:
де - дальність польоту кулі, t - час eгo падіння. Час вільного падіння з висоти Н одно:
Знаючи масу кулі, можна знайти його кінетичну енергію в точці 0 і порівняти її зі зміною потенційної енергії.
Порядок виконання роботи
1. Зміцніть прилад в штативі на висоті 20 - 30 см над столом, як показано на малюнку 2. Одягніть куля з отвором на стрижень і зробіть попередній досвід. На місці падіння кулі покладіть аркуш білого паперу і накрийте його листом копіювальної.
2. Виміряйте висоту Н кулі над столом в початковому положенні. Відведіть стрижень з кулею в бік, виміряйте висоту підйому h кулі m по відношенню до початкового рівня. Відпустіть стрижень і визначте дальність польоту.
3. Зважте куля, обчисліть зміну його потенційної енергій і кінетичну енергію в точці 0.
4. Повторіть досвід при інших значеннях висоти h. зробіть виміри й обчислення. Результати занесіть у таблицю 2.