Краткая теория эксперимента

Министерство образования и науки Российской федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Ростовский государственный строительный университет»

 

 

Утверждено

на заседании кафедры физики

20 мая 2011 г.

 

 

ФИЗИКА НА ЗАОЧНОМ ФАКУЛЬТЕТЕ

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАкТИКУМ И КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ ЧАСТЬ I. МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

 

Учебно-методическое пособие для бакалавриата

всех профилей по направлениям подготовки

270800 «Строительство»

 

 

Ростов-на-Дону

2011

УДК 531.383

Учебно-методическое пособие Учебно-методическое пособие для бакалавриата всех профилей по направлениям подготовки 270800 «Строительство». Физика на заочном факультете. Лабораторный практикум и контрольные задания. Часть I. Механика. Молекулярная физика и термодинамика. – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 26 с.

 

 

Содержатся лабораторный практикум, состоящий из трех методических указаний к лабораторным раблотам (№4, №9. №24) и контрольные задания (контрольные работы №1 и №2), соответствующие первой части двухсеместрового курса физики (Механика. Молекулярная физика и термодинамика) для студентов бакалавриата заочного факультета РГСУ по всем профилям направления подготовки 270800 «Строительство».  

 Предназначено для использования преподавателями и студентами в качестве методического сопровождения практических занятий и лабораторного практикума.

Рекомендуется для студентов бакалавриата заочного факультета РГСУ по всем профилям направления подготовки 270800 «Строительство».  

 

 

                                                                                                         УДК 531.383

Составители: проф. Н.Н.Харабаев

                                                                                            проф. А.Н. Павлов

доц. Н.В. Кривошеев

                                                                                         доц. Е.В.Чебанова

  

 

 

Корректор Н.Е. Гладких

Темплан 2011 г., поз. ___

Подписано в печать ____

Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л. 1,1.

Тираж 100 экз. Заказ

___________________________________________________________

 

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.

 

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

(лабораторные работы №4, №9, №24)

ИЗУЧЕНИЕ ВТОРОГО ЗАКОНА НЬЮТОНА

С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА

(лабораторная работа №4)

 

Цель работы: на опыте изучить действие основного закона динамики поступательного движения.

Приборы и принадлежности: установка «машина Атвуда», набор грузов, секундомер,  линейка.

 

Краткая теория эксперимента

Основной закон динамики поступательного движения (второй закон Ньютона): если на тело массой  действует сила , то это тело приобретает ускорение , величина которого прямо пропорциональна величине  действующей силы  и обратно пропорциональна массе данного тела.                                  

                                             

Согласно этому закону для какого-либо тела с неизменной массой  величина ускорения  линейно зависит от величины действующей силы , то есть .   Линейная зависимость величины ускорения от величины действующей силы может быть проверена экспериментально с помощью «машины Атвуда» (рис.1).                                                              

 

 

         

 

Рис.1. Принципиальная схема «машины Атвуда»

 

Через легкий блок перекинута тонкая нить, на концах которой подвешены грузы массой M каждый. На левый и правый грузы помещают перегрузки массами  и , причем  ¹   (например, ). В этом случае система грузов массой  придет в движение. Результирующая сила, вызывающая ускорение движения этой системы грузов, равна разности сил тяжести перегрузков   m₁ и   m₂,  лежащих на правом и левом грузах M: . Это выражение справедливо, если пренебречь массой блока и трением в оси блока (в этом случае силы натяжения  для нитей слева и справа одинаковы по величине). Изменяя массы перегрузков   m₁ и m₂ так, чтобы их сумма  сохранялась и соответственно сохранялась масса всей системы грузов , получим несколько значений силы , вызывающей ускорение системы. Для каждого значения силы  определим ускорение движения  и найдем зависимость величины   от величины . Величину ускорения грузов можно определить опытным путем с помощью формулы , полученной из ,  где h – путь, пройденный телом за время t после начала равноускоренного движения с ускорением .

По  зависимости величины ускорения  для системы грузов массой   от величины результирующей силы  проверим  справедливость 2-го закона Ньютона.

Порядок выполнения работы

 

1. Подготовим таблицы для результатов измерений (табл.1,2).

                                                                                                Таблица 1

№	F	t1 , с	t2 , с	t3 , с	t4 , с	t5 , с	tср , с	D t, с	d t
1	2 mg
2	4 mg
3	6 mg
4	8 mg

    

                                                                                                   Таблица 2

№	F	h, м	tср , с	a, м/с2	d а	D a, м/с2	a ± D a, м/с2
1	2 mg
2	4 mg
3	6 mg
4	8 mg

2. Расположим сначала из восьми одинаковых перегрузков массой  пять перегрузков на правом грузе M, а три перегрузка - на левом грузе M. Тогда результирующая сила, действующая на систему грузов, , где  - масса одного перегрузка.

 

    3. С помощью линейки измерим h – расстояние, которое проходят грузы. Время движения грузов t измерим с помощью секундомера, причем для уменьшения погрешности измерения времени t повторим эксперимент пять раз и вычислим среднее значение времени движения грузов под действием данной силы F, как среднее арифметическое значение пяти последовательных измерений: .

 

    4. Перекладывая по одному перегрузку с правого груза на левый, получаем   результирующую силу последовательно равной после  силам . Измерим по пять раз время движения грузов под действием каждой силы , найдем средние значения  и вычислим соответствующие значения ускорения , используя формулу  .

 

5. Оценим погрешности определения ускорений .

Поскольку определение величины ускорения следует из косвенных измерений, то используем зависимость  относительной погрешности d a от относительных погрешностей d h и d t, где

 - относительная погрешность измерения расстояния;  

 - относительная погрешность измерения времени;

- абсолютная погрешность измерения расстояния h (за абсолютную погрешность принимаем половину цены наименьшего деления линейки);  - абсолютная погрешность измерения времени.

Вычислив относительные погрешности , находим для каждого значения ускорения  абсолютные погрешности .

 

 

6. По точкам  с учетом погрешностей экспериментального определения ускорения построим график  (рис. 2).

 

4

1

3

2

 

 

 

F

4 mg

 

 

Рис. 2. График экспериментальной зависимости

 

Контрольные вопросы

 

1. Дать определения  пути, перемещения, скорости и ускорения.

2. Дать определения силы и массы.

3. Первый, второй и третий   законы Ньютона.

4. Как с помощью построенного графика  определить общую массу системы?

5. График зависимости  в данной работе не проходит через начало координат! Почему?

6. Прямые и косвенные измерения.

7. Абсолютная и относительная погрешности прямых измерений.