Главная >> Физика 10 кл. Мякишев

 

Лабораторные работы

 

№ 1. Изучение движения тела по окружности

Цель работы

Определить центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по окружности.

Теоретическая часть

На шарик действуют две силы: сила тяжести  и сила натяжения нити

Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить АВ, к которой прикреплён шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. Из кинематических соотношений следует, что аn = ω2R = 4π2R/T2.

На шарик действуют две силы: сила тяжести m и сила натяжения нити (рис. Л.2, а). Согласно второму закону Ньютона m = m + . Разложив силу на составляющие 1 и 2, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх, второй закон Ньютона запишем следующим образом: m = m + 1 + 2. Тогда можно записать: mаn = F1. Отсюда аn = F1/m.

Модуль составляющей F1 можно определить, пользуясь подобием треугольников ОАВ и F1FB: F1/R = mg/h (|m| = |2|). Отсюда F1 = mgR/h и an = gR/h.

Сопоставим все три выражения для аn:

аn = 4 π2R/T2,     аn =gR/h,     аn = F1/m

и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, примерно одинаковы.

Оборудование

Штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Порядок выполнения работы

1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива (рис. Л.2, б).

3. Начертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.

6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает заданное число (например, в интервале от 30 до 60) оборотов.

7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем h ≈ l).

8. Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам

Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам

9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей 1.

Затем вычислите ускорение по формуле

10. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу 3.

Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу

Сравнивая полученные три значения модуля центростремительного ускорения, убеждаемся, что они примерно одинаковы.