- •Міністерство освіти і науки україни
- •Розподіл лабораторних занять з курсу „Фізика”
- •Модуль 1. Механіка Лабораторна робота № 1 вивчення криволінійного руху
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Результати вимірювань і вихідні дані для розрахунку похибок
- •Характеристики засобів вимірювання
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 2 визначення моменту інерції системи на прикладі маятника обербека
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Результати вимірювань та вихідні дані для розрахунку похибок
- •Характеристики засобів вимірювання
- •Обчислення похибок прямих вимірювань
- •Обчислення похибки непрямого вимірювання
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 3 визначення коефіцієнта тертя кочення
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Результати вимірювань і вихідні дані для розрахунку похибок
- •Коефіцієнти тертя кочення
- •Питання для самоперевірки
- •Модуль 2. Молекулярна фізика і термодинаміка. Електрика Лабораторна робота № 5 визначення відношення питомих теплоємностей газів методом адіабатичного розширення
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Результати вимірювань та вихідні дані для розрахунку похибок
- •Обчислення похибки непрямого вимірювання
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 6 визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом падаючої кульки
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Результати вимірювань та обчислень
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 7 дослідження електростатичного поля
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Питання для самоперевірки
- •Лабораторна робота № 8 електровимірювальні прилади. Вимірювання електричного струму
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Характеристики нешунтованих амперметрів
- •Результати вимірювань та розрахунки для еталонного і шунтованого амперметрів
- •Питання для самоперевірки
- •Список рекомендованої літератури Основна література
- •Додаткова література
- •Додатки
- •Основні одиниці sі
- •Таблиця 2 Похідні одиниці sі, що мають спеціальні назви
- •Таблиця 3 Коефіцієнти Стьюдента
- •Характеристики мір
- •Характеристики приладів
- •Властивості натуральних логарифмів
- •Грецький алфавіт
Питання для самоперевірки
Який рух називається поступальним ?
Що таке матеріальна точка ?
Дати визначення швидкості поступального руху тіла.
Дати визначення середній і миттєвій швидкостям поступального руху тіла.
Що характеризує тангенціальне прискорення ? Як визначити його числове значення і напрям ?
Що характеризує нормальне прискорення ? Як визначити його числове значення і напрям ?
Як можна охарактеризувати рух тіла, якщо відомо, що нормальне прискорення аn = 0, а тангенціальне прискорення aτ = const ?
Як можна охарактеризувати рух тіла, якщо відомо, що нормальне прискорення аn = const, а тангенціальне прискорення aτ = 0 ?
Пояснити, як в лабораторній роботі визначається повна швидкість у різних точках траєкторії руху тіла, якому в початковий момент часу було надано горизонтальну швидкість.
Записати і сформулювати закони Ньютона.
Лабораторна робота № 2 визначення моменту інерції системи на прикладі маятника обербека
Мета роботи: експериментально визначити момент інерції системи динамічним методом та порівняти отримані результати з теоретичними розрахунками.
Прилади та обладнання: маятник Обербека, міліметрова лінійка, секундомір.
Теоретичні відомості
Обертальним рухом твердого тіла (системи) відносно нерухомої осі називається такий рух, під час якого всі точки тіла (системи) рухаються в площинах, перпендикулярних до осі обертання, і описують кола з центрами на цій осі.
Рис. 1.
Кінематика та динаміка обертального руху характеризується відповідно кутом повороту , приростом кута повороту, кутовою швидкістю, кутовим прискоренням, моментом інерціїJ, моментом сили , моментом імпульсу, які виконують таку саму роль для обертального руху, як і відповідні величини – шляхS, переміщення , швидкість, прискорення, масаm, сила , імпульс– для поступального руху. Зв’язок між лінійними і відповідними кутовими кінематичними величинами здійснюється через радіус обертанняr (радіус-вектор ) наступним чином:
, ,,.
Динамічні характеристики обертального руху визначаються за наступними формулами:
, ,
.
Взаємозв’язок між відповідними величинами додатково розкривається при графічному зображенні векторних величин, що розглядаються в лабораторній роботі (див. рис. 1: а – кінематика, б – динаміка).
Основний закон динаміки обертального руху тіла відносно нерухомої осі обертання записується в наступному вигляді:
. (1)
Для тіл правильної геометричної форми момент інерції простіше визначити аналітично, для тіл неправильної геометричної форми – експериментально. З експериментальних найбільш поширеними є методи, які грунтуються на використанні основного закону динаміки обертального руху, закону збереження та перетворення енергії та законів коливального руху.
Опис методу
Рис.
2.
Маятник Обербека, момент інерції якого необхідно визначити, складається із закріпленого на горизонтальній осі шківа (рис. 2) з радіально розташованими стрижнями, на яких симетрично закріплені чотири тягарці масами m1. На шків намотана нитка, один кінець якої закріплений до шківа, а на другому кінці підвішений тягарець масою m. При опусканні тягарця масою m маятник Обербека під дією сили натягу нитки приводиться в рівноприскорений обертальний рух.
Основне рівняння динаміки обертального руху для маятника Обербека має вигляд:
, (2)
де r – радіус шківа.
Моментом сили тертя нехтуємо. Напрям вектора моменту сили вздовж осі обертання маятника визначається векторним добутком (за правилом свердлика):
.
Прирівнявши праві частини рівнянь (1) та (2), отримаємо:
,
звідки: . (3)
Робочу формулу для розрахунку моменту інерції J знайдемо, використавши величини h і t, які вимірюються в процесі експерименту,
де h – шлях руху тягарця масою m по вертикалі, t – час його руху.
Виразивши кутове прискорення через лінійне прискорення точок a, які знаходяться на ободі шківа, зведемо задачу до знаходження лише величини a. Оскільки тягарець масою m рухається прямолінійно і рівноприскорено, то його шлях h, пройдений за час t, можна визначити за формулою:
, звідки .
Тоді кутове прискорення маятника: .
Підставивши значення a та у рівняння (3), отримаємо:
. (4)
Якщо врахувати можливі числові значення величин в нашому експерименті (м,c ), то в формулі (4) можна знехтувати одиницею і отримати спрощений вираз:
. (5)
Формула (5) є робочою для експериментального визначення моменту інерції маятника Обербека. У роботі виконуються прямі вимірювання величин h і t, значення величин m, m1 та r наведені в паспорті установки.