Сборник лабораторных работ по механике (стр. 1 из 8)
 | ||
При механических взаимодействиях тел выполняются механические законы сохранения:
1. В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
, где
- импульсы поступательно движущихся тел системы.2. В замкнутой системе тел суммарный момент импульса системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами
,где
- моменты импульса вращающихся тел системы.3. В замкнутой системе тел полная механическая энергия остается постоянной, если взаимодействия между телами происходит с помощью силы гравитации или упругости (но не силы трения)
Целью данной работы является лабораторная проверка выполнения механических законов сохранения и определение некоторых физических величин с помощью этих законов. При этом необходимо всегда иметь в виду, что при механическом движении всегда действуют силы трения и сопротивления. Поэтому потери механической энергии (переход ее во внутреннюю энергию) неизбежны. Но, учитывая работу сил трения, в любом случае можно применить общий закон сохранения энергии:
E1 = E2 + Aтр
Задание 1. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда
Оборудование: машина Атвуда с набором грузов и перегрузков, секундомер, линейка. Массы грузов, перегрузков и блока указаны в «паспорте» прибора.
 |
Полная механическая энергия движущихся грузов в машине Атвуда равна сумме потенциальных и кинетических энергий грузов и вращающегося блока
Е = Еп1 + Ек1 +Еп2 + Ек2 + К
– кинетическая энергия вращения блока, где 
- момент инерции блока, w - угловая скорость его вращения.Требуется проверить, что механическая энергия системы одинакова (остается постоянной) в любом положении (в любой момент времени движения). Вычисление энергий проводить с точностью до 0,001 Дж. Остальные указания должны быть понятны при изучении формы отчета к заданию. Погрешности измерений в этом задании не будем учитывать – при тщательном выполнении опытов они составляют не более 5 %.
Ответе на вопросы:
1. Велик ли вклад в общую энергию системы кинетической энергии блока? Сколько максимально процентов он составляет по отношению полной энергии системы? Следовало ли вообще учитывать энергию вращения блока в данном опыте?
2. Оцените в процентах потери механической энергии в «среднем» и «нижнем» положении по отношению к энергии «верхнего» положения.
3. Сделайте вывод: «Выполняется ли с учетом потерь закон сохранения механической энергии в данном опыте? Можно ли применять этот закон к системам, подобным машине Атвуда?».
Задание 2. Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения
Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, шайба (шашка), измерительная линейка.
Задание состоит из двух частей:
1. Сначала надо определить коэффициент трения m1 шайбы о металлическую линейку-желоб. Это можно сделать, например, путем подбора такого угла наклона плоскости, при котором шайба равномерно скользит по ее поверхности.
2.
Затем необходимо определить коэффициент трения m2 шайбы по поверхности стола, на котором установлена наклонная плоскость. Для вывода расчетной формулы необходимо применить закон сохранения механической энергии с учетом работы сил трения. В этом опыте шайба, конечно, должна соскальзывать с наклонной плоскости с некоторым ускорением.  |
Необходимо вывести формулу для вычисления скорости вылета шайбы с конца наклонной плоскости. Для этого следует применить закон сохранения механической энергии с учетом работы силы трения. Расчет скорости можно провести для одного определенного положения плоскости, в котором шайба соскальзывает с достаточно большим ускорением.