Файл: Учебнометодическое пособие для направлений подготовки 44. 03. 01 Педагогическое образование и 44. 03. 05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки).docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Таганрогский институт имени А.П. Чехова (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования

"Ростовский государственный экономический университет (РИНХ)".

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ, ОБЩЕЙ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИИ
К.Ю. Сушкин

Физические основы механики


Лабораторный практикум

Учебно-методическое пособие

для направлений подготовки 44.03.01 Педагогическое образование

и 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки)


Таганрог

2021
Печатается по решению кафедры теоретической, общей физики и технологии Таганрогского института имени А.П. Чехова.
Сушкин К.Ю. Физические основы механики. Учебно-методическое пособие для студентов по лабораторному практику «Механика» для направлений подготовки: 44.03.01 Педагогическое образование (профиль «Физика», профиль «Технология»), 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки) (профиль «Физика» и профиль «Технология», профиль «Математика» и профиль «Физика»).

Лабораторный практикум по «Физическим основам механики» является завершающим звеном изучения темы каждого раздела. Данные методические указания содержат наряду с поставленной задачей, краткую теорию, знакомящую с физической сущностью метода; необходимые сведения об используемых приборах, о порядке выполнения эксперимента, контрольные и качественные вопросы - задачи.

Предполагается, что основные теоретические положения и зависимости, на которых базируется данная лабораторная работа, обсуждены на лекциях, семинарских занятиях или хорошо проработаны самостоятельно, что предусматривает федеральный государственный образовательный стандарт третьего поколения высшего образования по профилю «Физика» и профилю «Технология»

При подготовке и сдаче допуска к лабораторной работе каждый студент может воспользоваться как минимум одним учебным пособием (имеющимся в физической лаборатории “Механика”) из числа указанных в списке литературы. Подготовку необходимо провести заранее во внеаудиторное время, ознакомившись непосредственно в лаборатории с оборудованием (приборы, установки, принадлежности и др.), которое будет использоваться при выполнении эксперимента.

---

Автор выражает глубокую благодарность Ремизовой Алле Алексеевне и Лукиенко Дмитрию Александрович, которые оказали огромную помощь в издании этого пособия.
© кафедра теоретической, общей физики и технологии Таганрогского института имени А.П. Чехова, 2021.
Общие методические указания

При подготовке к лабораторной работы студенты должны:

Первое. Ознакомится с описанием лабораторной работы.

Второе. Составить конспект лабораторной работы (требования к конспекту смотри далее), конспект каждой работы должен начинаться с нового листа, в конце конспекта оставить два чистых листа для оформления результатов и вывода.

Третье. Подготовить ответы на теоретические вопросы для допуска.

Четвертое. Выучить методику выполнения лабораторной работы.

Конспект каждой работы лабораторной работы должен содержать:

1. 
   Название работы;
   
2. 
   Цель работы;
   
3. 
   Перечень приборов;
   
4. 
   Краткую теорию; (по желанию)
   
5. 
   Описание экспериментальной установки; (по желанию)
   
6. 
   Вывод расчётных формул;
   
7. 
   Ход работы;
   
8. 
   Таблицы для записи.
   

Примерный график выполнения лабораторных работ раздел «Механика» по курсу общей и экспериментальной физики для направлений подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки), профиль «Физика» и профиль «Технология», профиль «Математика» и профиль «Физика», а также для направлений подготовки: 44.03.01 Педагогическое образование, профиль «Физика».

		1-й цикл				2-й цикл					3-й цикл					4-й цикл						зачет
№	1	2	3	4	5		6	7	8	9		10	11	12	13		14	15	16	17	18
1			1	2			6	4	3			11	10	8			5	12	15	14
2	В		2	1			3	6	4			10	8	11			9	5	14	15
3	В	Д	1	2	Д		4	3	6	Д		8	11	10	Д		13	14	5	12
4	Е	О	2	1	О		6	4	3	О		11	10	8	О		14	13	9	5
5	Д	П	1	2	П		3	6	4	П		10	8	11	П		14	12	13	5
6	Е	У	2	1	У		4	3	6	У		8	11	10	У		9	14	5	13
7	Н	С	1	2	С		6	4	3	С		11	10	8	С		15	5	14	12
8	И	К	2	1	К		3	6	4	К		10	8	11	К		5	15	9	14
9	Е		1	2			4	3	6			8	11	10			5	12	15	14
10			2	1			6	4	3			11	10	8			9	5	14	15
11			1	2			3	6	4			10	8	11			13	14	5	12
12			1	2			6	4	3			11	10	8			14	13	9	5

---

Примерный график выполнения лабораторных работ раздел «Механика» по курсу ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА для направлений подготовки 44.03.01 Педагогическое образование, профиль «Технология», для направлений подготовки 44.03.05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки), профиль «Физика» и профиль «Технология».

Измерение физических величин и классификация погрешностей

Измерить какую-либо физическую величину – это значит сравнить её с однородной величиной, условно принятой за единицу измерения. Единицу измерения такой физической величины можно установить произвольно. Для механических явлений достаточно независимо определить единицы измерения трех величин:

	СИ	СГС
Длина	м (метр)	см (сантиметр)
Масса	кг (килограмм)	г (грамм)
Время	с (секунда)	с (секунда)

Все измерения делятся на прямые и косвенные.

К прямым относятся измерения, при которых численные значения измеряемой величины получают в результате только наблюдения или отсчета на школе прибора. Такие единицы измерения называют основными единицами системы.

К косвенным измерениям относятся такие измерения, при которых численные значения определяемой величины выражаются через величины прямого измерения, посредством связи (формулой) – т.е. через величины прямого измерения, связанные с измеряемой физической величиной определенной функциональной зависимостью. Такие единицы измерения называют производными единицами системы.

Совокупность единиц основных и производных величин образуют систему единиц.

Приставки для образования кратных и дольных единиц

экса	Э	1000000000000000000=1018	деци	д	0,1=10-1
пета	П	1000000000000000=1015	санти	с	0,01=10-2
тера	Т	1000000000000=1012	мили	м	0,001=10-3
гига	Г	1000000000=109	микро	мк	0,000001=10-6
мега	М	1000000=106	нано	н	0,000000001=10-9
кило	к	1000=103	пико	п	0,000000000001=10-12
гекто	г	100=102	фемто	ф	0,000000000000001=10-15
дека	да	10	атто	а	0,000000000000000001=10-18

---

Погрешности измерений

Всякое измерение сопровождается той или иной погрешностью (ошибкой), обусловленной несовершенством измерительных приборов (точность прибора – это полцены его наименьшего деления) и наших органов чувств. Ошибки, возникающие при измерениях, по своему характеру можно разделить на: 1 - систематические, 2 - случайные и 3 – промахи.

1 – к систематическим относятся ошибки, возникающие в результате действия одной и той же причины; они имеют одну и ту же величину, и повторяются при каждом измерении (пример: ошибка, которую даёт прибор: стрелка не соответствует «0» делению).

Теоретически говоря, систематические погрешности всегда могут быть учтены, и исключены из конечного результата.

2 – к промахам относятся ошибки, возникающие по вине экспериментатора в результате небрежности отсчёта на школе приборов; неразборчивости в записи показаний; неправильного расположения или включения приборов.

Единственное средство устранить их – это внимательно сделать повторное (контрольное) измерение.

3 – к случайным относятся ошибки, возникающие в результате действия отдельных, не поддающихся учёту (случайных) причин, которые не могут быть предугаданы ни по величине, ни по направлению.

Случайные ошибки не могут, в целом быть выражены каким-либо определенным физическим законам. Однако, причинная связь явлений сохраняется и здесь, и случайные ошибки подчиняются статистике, обработка данных которой возможна на основе теории относительности. Выявление и исправление случайных ошибок возможно при многократном внимательном повторении эксперимента.

В каждой лабораторной работе требуется провести расчёт погрешности ваших результатов. Разделяют два вида погрешности – это абсолютная и относительная.

Абсолютная погрешность это размерная величина. Той же размерности, что и измеряемая. Она показывает, на сколько по абсолютному значению вы отклонились от среднего или табличного результата.

Пример.

Была определена плотность древесины. У вас три значения

ρ₁=580 , ρ₂=600 , ρ

---

₃=620 ,

, - среднее значение плотности.

Абсолютную погрешность необходимо найти для каждого значения, следующим образом:







- среднее значение абсолютной погрешности.

Однако абсолютная погрешность не показывает наглядно величину ошибки измерений. Относительная погрешность это наглядно демонстрирует. Единицы измерения у относительной погрешности – проценты или доля от единицы, если не умножать на 100%

это относительная погрешность ВАШИХ измерений.

Найдем относительную погрешность в сравнении с табличной величиной. Пусть деревянный брусок был из сосны



Естественно, что такой высокий процент относительной погрешности не удовлетворяет выполнению лабораторной работы. В лаборатории «Механика» работы считаются выполненными удовлетворительно, если В противном случае работу надо переделать.

Погрешность косвенных измерений можно определить по следующим формулам:

1. 
   Если , то
   

абсолютная погрешность ,

относительная погрешность

2. 
   Если , то
   

абсолютная погрешность ,

относительная погрешность

3. 
   Если , то
   

абсолютная погрешность

---