Дополнительное задание

Учесть влияние выталкивающей силы воздуха, действующей согласно закону Архимеда, при взвешивании тела. Оценить величину поправки, обусловленной выталкивающей силой воздуха, к массе пикнометра с водой М, считая, что масса 1 см³ воздуха 0,0012 г. Плотность дистиллированной воды при различных температурах приведена в таблице.

t, C	в, г/см3	t, C	в, г/см3	t, C	в, г/см3
15 16 17 18 19 20	0,99913 0,99897 0,99880 0,99862 0,99843 0,99823	21 22 23 24 25 26	0,99802 0,99780 0,99757 0,99732 0,99707 0,99681	27 28 29 30 31 32	0,99654 0,99626 0,99597 0,99567 0,99537 0,99505

Контрольные вопросы

1. Какое предельное значение может принимать масса пикнометра с водой и кусочками твердого тела M в данной лабораторной работе?

2. Почему масса кусочков твердого тела, плотность которого определяется, должна быть достаточно большой?

3. Как учитывается температура окружающей среды при измерении плотности твердых тел пикнометром?

4. Как учесть влияние выталкивающей силы воздуха, действующей согласно закону Архимеда, при взвешивании тела?

Список рекомендуемой литературы

1. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

2. Лабораторный практикум по физике / Под ред. А.С. Ахматова. – М.: Высш. шк., 1980. – 326 с.

3. Физический практикум. Механика и молекулярная физика / Под ред. В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1967. – 352 с.

Лабораторная работа № 1-3

Изучение динамики поступательного движения

Цель работы: изучение законов динамики поступательного равномерного и равноускоренного движения, определение ускорения свободного падения.

Оборудование: измерительная установка.

Введение

Рассмотрим поступательное движение двух грузов, перекинутых через блок (рис. 1). Нить принимается нерастяжимой; массой нити, моментом инерции блока и трением в оси блока пренебрегаем.

Пусть m₁ > m₂. Уравнения движения для этого случая выглядят следующим образом:

m₁g – F_нат = m₁a, (1)

F_нат – m₂g = m₂a, (2)

где m₁ и m₂ – массы грузов; F_нат – сила натяжения нити; а – ускорение грузов; g – ускорение свободного падения.

Из (1) и (2) получаем

. (3)

Описание установки

Экспериментальная установка (машина Атвуда) изображена на рис. 2.

На вертикальной колонке 1, закрепленной на основании 7, три кронштейна: неподвижный нижний 6 и два подвижных – средний 5 и верхний 4. Основание оснащено регулируемыми ножками 8, которые позволяют выравнивать положение прибора. Сверху на колонке закреплен ролик 3 и электромагнит (на рис. 2 не показан). Через ролик перекинута нить 2 с привязанными на ее концах одинаковыми грузами М. Электромагнит после подведения к нему питающего напряжения при помощи фрикционной муфты удерживает систему ролика с грузами в состоянии покоя.

Если на одну сторону блока прибавим небольшой груз массой m, тогда система грузов получит ускорение и, передвигаясь с этим ускорением, пройдет путь S₁. На специальном кольце, закрепленном на среднем кронштейне, дополнительный груз будет отцеплен, и грузы пройдут уже равномерно путь S_2.

На среднем и нижнем кронштейнах имеются фотоэлектрические датчики. При прохождении грузом положения датчика образуется электрический импульс, сигнализирующий о начале равномерного движения грузов и запускающий секундомер. После пересечения грузом линии фотоэлектрического датчика, закрепленного на нижнем кронштейне, соответствующий электрический импульс останавливает секундомер. Таким образом, автоматически определяется время прохождения t₂ грузами расстояния S₂.

К концу равноускоренного движения грузы имеют ускорение a и скорость V, связанные соотношением V = at₁, отсюда

. (4)

Время t₁ можно определить из соотношения

. (5)

Со скоростью V система грузов проходит расстояние S₂ соответственно:

. (6)

Из выражений (4) – (6) несложно получить:

. (7)

Подставляя (7) в (3), получим результирующее расчетное соотношение для получения ускорения свободного падения:

. (8)