Файл: физика лабораторные работы. 1курс.doc

При движении стержня с шариком до положения равновесия Р, потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию поступательного движения тела: . (3.13)

При ударе стержня об упор У шарик срывается со стержня и движется по параболе. Измеряя дальность полета L и высоту падения шарика H, можно найти его скорость в момент отрыва от стержня – в точке Р.

Спроектируем вектор скорости в момент отрыва шарика от стержня на оси OX и OY (Рис.3.3). Учтем, что на шарик действует только сила тяжести, направленное вертикально вниз (вдоль оси OY). Поэтому, будет увеличиваться только игрековая компонента скорости . При этом, движение вдоль оси OY будет равноускоренным. Вдоль оси ОХ ускорение равно нулю, поэтому, компонента скорости будет оставаться постоянной и движение вдоль осиОХ будет равномерным. Но скорость при равномерном движении вдоль оси ОХ можно найти по формуле (2.6): . (3.14)

Нам остается найти время полета. Для этого учтем, что нам известно расстояние, пройденное шариком вдоль оси OY – это высота H, с которой падает шарик. А расстояние, пройденное телом при равноускоренном движении вдоль оси OY, можно найти по формуле (2.8): .

Учитывая, что начальная скорость вдоль оси OY в момент отрыва , то уравнение для высоты полета:, откуда найдем время полета:

. (3.15)

Подставляя время полета (3.15) в выражение скорости (3.14), получим:

. (3.16)

Подставляя скорость (3.16) в выражение кинетической энергии (3.13):

. (3.17)

Сравнивая значения потенциальной (3.12) и кинетической (3.17) энергий, можно экспериментально проверить закон сохранения механической энергии.

Порядок выполнения работы

Найти массу шарика с помощью весов.
Закрепить шарик на стержне и измерить высоту H над уровнем стола.
Отклонить стержень с шариком на некоторый угол и измерить высоту подъема шарика h относительно положения равновесия (уровня А).
Отпустить шарик и измерить дальность полета L, используя для фиксации точек падения шарика листы белой и копировальной бумаги.
Для данного угла отклонения стержня, опыт повторить 5 раз.
Провести аналогичные измерения для другого угла отклонения стержня.
По формуле (3.12) рассчитать потенциальную энергию шарика в момент отклонения от положения равновесия.
По формуле (3.17) найти кинетическую энергию шарика в момент отрыва.
Для каждой серии опытов рассчитать среднее значение потенциальной и кинетической энергии.
Сравнить <W_к> в момент отрыва шарика с <W_п> при максимальном отклонении от положения равновесия. Сделать вывод о справедливости закона сохранения механической энергии.
Вычислить абсолютную погрешность W_к определения кинетической энергии.
Вычислить абсолютную погрешность W_п определения потенциальной энергии, учитывая приборную погрешность: W_п= mg(1/3)l , где l=1 мм – цена деления измерительной линейки.
Вычислить критерий достоверности полученных результатов по выражению: . Если данное неравенство выполняется, то опыт проведен достаточно точно и вывод о выполнении закона сохранения механической энергии правомерен.
Данные измерений и вычислений занести в таблицу.

Масса шарика m =
Высота падения шарика Н =
Потенциальная энергия					Кинетическая энергия
№	h, м	W_п , Дж	< W_п >, Дж	W_п , Дж	L, м	W_к , Дж	< W_к >, Дж	ΔW_к , Дж
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5

Вычисления:

Вывод:

Контрольные вопросы защиты лабораторной работы:

Сделайте вывод формул и дайте определения: работа, мощность, энергия.
Запишите и сформулируйте закон сохранения механической энергии. Всегда ли он справедлив?
Приведите примеры, иллюстрирующие выполнение (не выполнение) закона сохранения механической энергии, дайте пояснения.
Как называются механические силы и системы, в которых не выполняется закон сохранения энергии? Что происходит при этом с энергией?
Назовите причины не точного выполнения закона сохранения механической энергии в рамках данной лабораторной работы.

Лабораторная работа №4. Изучение температурной зависимости коэффициента вязкости жидкости с помощью капиллярного вискозиметра

Цель работы: научиться определять вязкость жидкости; изучить капиллярный метод определения вязкости жидкости; найти и проанализировать зависимость коэффициента вязкости жидкости от температуры.

Приборы и принадлежности: цилиндрический сосуд, капиллярный вискозиметр, резиновая груша, секундомер, нагреватель, ЛАТР, термометр.

Теория работы

При движении с различными скоростями слоев жидкости или газа между ними возникает трение, названное внутренним трением или вязкостью. В дополнение к этому между слоями молекул, смещающихся друг относительно друга, существуют силы взаимодействия. Сила внутреннего трения определяется из уравнения Ньютона: , (4.1)

где  (греч. «этта») - коэффициент внутреннего трения или вязкости; v/x - градиент скорости; S - площадь соприкасающихся слоев.

Сила внутреннего трения прямо пропорциональна градиенту скорости и площади соприкасающихся слоев.

Если выразить из (4.1) коэффициент вязкости , то получим:

, (4.2)

т.е. коэффициент вязкости численно равен силе трения между слоями жидкости при единице площади их соприкосновения, если градиент скорости равен единице.

В системе СИ единица измерения вязкости - Пас (Па - паскаль):

При небольшой скорости течения жидкость как бы разделяется на слои, которые скользят один относительно другого, не перемешиваясь. Такое слоистое течение называется ламинарным.

В данной работе изучается метод измерения коэффициента вязкости жидкости по времени вытекания ее определенного объема через трубку известной длины и диаметра (капиллярный вискозиметр).

Определение коэффициента динамической вязкости капиллярным методом

Капиллярный метод определения коэффициента вязкости основан на использовании формулы Пуазейля для объема протекающей жидкости V по трубе известного радиуса r: ,(4.3)