7.5. Дополнительные задания
1) Вычислить работу силы трения при торможении маятника и оценить долю энергии, потерянную на преодоление сил трения.
2) Выполнить основное задание для грузов разной массы и выяснить, как изменяется тормозящий момент, действующий на ось маятника, с увеличением массы груза.
7.6. Контрольные вопросы
1) Консервативные и неконсервативные силы. Диссипация энергии. Общефизический закон сохранения энергии.
2) Кинетическая энергия поступательного и вращательного движения твердых тел. Закон сохранения механической энергии.
3) Момент силы. Работа момента силы.
4) Вывод формул для тормозящего момента и работы силы трения.
Лабораторная работа 8
законы сохранения ЭНЕРГИИ При вращательном движении
Цель работы: изучить применение законов сохранения энергии и момента импульса к вращательному движению объемных тел.
Приборы и принадлежности: экспериментальная установка, транспортир, «пушка», «снаряды».
8.1. Описание установки
|
Общий вид установки приведен на рис. 9. «Снаряд» 1, выпущенный из «пушки» 2, попадает в кусочек пластилина 3, закрепленный в нижней части пластины 4, и прилипает к ней. От удара «снаряда» пластина отклоняется от вертикального положения, вращаясь относительно оси, проходящей через верхний край пластины. Угол отклонения измеряется транспортиром 5 при помощи флажка 6. |
Рис. 9. Внешний вид установки |
8.2. Теоретическая часть
Полагая моменты внешних сил, действующих на систему «снаряд – пластина» в момент их взаимодействия, пренебрежимо малыми, запишем законсохранения момента импульса:
. (44)
Найдем проекции векторов выражения (44) на ось Oz, направленную «к нам» перпендикулярно плоскости рисунка, и, подставляя выражения для моментов импульса небольшого тела и пластины относительно оси с учетом связи линейной и угловой скоростей, получим:
, (45)
где m–масса снаряда;
v– его скорость;
b– прицельный параметр (расстояние от оси вращения пластины до горизонтальной линии, вдоль которой движется «снаряд»);
M – масса пластины;
ℓ – длина пластины;
– угловая скорость вращения пластины непосредственно после попадания в нее «снаряда».
Одновременно с моментом импульса пластина приобретает кинетическуюэнергию, которая при отклонении пластины от вертикали переходит в потенциальную.Применяя закон сохранения механической энергии к этому переходу, запишем:
. (46)
Решая выражения (45) и (46) относительно скорости полета «снаряда», получим расчетную формулу:
. (47)
8.3. Задание
Измерить угол α, на который отклонится от вертикали пластина после попадания в ее край «снаряда», выпущенного из «пушки»; прицельный параметр b; массу «снаряда» m и пластины M; длину ℓ пластины; расстояние a от оси вращения до центра масс пластины и вычислить модуль скорости полета «снаряда» v по формуле (47).
8.4. Порядок выполнения работы
1) Установить флажок, предназначенный для измерения угла отклонения пластины, вблизи нулевой отметки.
2) Зарядить «пушку» «снарядом».
3) Произвести выстрел («снаряд» должен попасть в пластилин и прилипнуть к нему).
4) По отклонению измерительного флажка определить угол отклонения пластины после попадания в нее «снаряда».
5) Опыт повторить многократно.
6) Измерить и записать в таблицу параметры установки (массу снаряда m и пластины M, прицельный параметр b, расстояние a от оси вращения доцентра масс пластины, длину пластиныℓ,) и их инструментальную погрешность.
7) Провести оценочный расчет скорости полета «снаряда» и результат подписать у преподавателя.
8) Провести математическую обработку прямых изменений.
9) Вычислить среднее значение скорости полета «снаряда», ее абсолютную и относительную погрешность.
10) Записать окончательный результат (с учетом правил округления).
11) Сделать вывод.