Lab_2
.docМинистерство образования и науки РФ
ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Физико-технический институт
наименование института
Кафедра радиоэлектроники и телекоммуникационных систем
наименование кафедры
Отчет по лабораторной работе № 1.2
По дисциплине: физика (механика)
Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда
Выполнил:
Студент группы РДб-12-1,
Полетаев Василий Васильевич
Приняла: Доцент кафедры
квантовой физики и нанотехнологий,
Днепровская Лариса Васильевна
Иркутск, 2012 г.
Цель работы: Экспериментальная проверка основных уравнений и законов поступательного движения тела.
Задание 1. Проверка закона скоростей
Проводим опыт с помощью программы моделирования физических процессов Interactive Physics.
Измеряем время равноускоренного движения грузка (m=1кг, перегрузок: =0.01 кг) t1 и t2 при различных S1 и S2. Результаты заносим в таблицу 1.
Таблица 1: Сводная таблица результатов измерений времени и пути равноускоренного движения системы и вычисления скорости, необходимого для обработки результатов измерения.
№ п.п. |
S1, м |
t1, с |
S2, м |
t2, с |
v, м/с |
1 |
2 |
8,75 |
5 |
12 |
0,4166 |
2 |
3 |
10,75 |
4 |
7,875 |
0,5079 |
3 |
4 |
12,625 |
3 |
5,125 |
0,5853 |
4 |
5 |
14,125 |
2 |
3,125 |
0,64 |
5 |
6 |
15,5 |
1 |
1,5 |
0,666 |
-
Скорость равноускоренного движения грузка вычисляется по формуле v=at, где а: ускорение равноускоренного движения грузка. Для обработки данных по МНК, обозначаем параметры так:
y=v; x=t; A=a.
-
Вычисляем значение А по формуле:
= = 0,045
a = 0,045 м/с2
-
Построили график зависимости у=Ах с экспериментальными точками .
Вывод: Зависимость у=Ах соответствует полученным экспериментальным данным.
Итак, равноускоренное движение грузка подчиняется закону скоростей, значит скорость движения грузка прямо пропорциональна его времени движения: v=at.
Задание 2. Проверка закона перемещений
Проводим опыт с помощью программы моделирования физических процессов Interactive Physics.
Измеряем время прохождения грузом расстояний в 2м, 3м, 4м и т.д
Результаты заносим в таблицу 1.
Таблица 2: Сводная таблица результатов измерений времени и пути равноускоренного движения системы и вычисления квадрата скорости, необходимого для обработки результатов измерения.
№ п.п. |
S, м |
t, с |
t2 |
1 |
2 |
9,125 |
83,266 |
2 |
3 |
11,125 |
123,766 |
3 |
4 |
12,750 |
162,563 |
4 |
5 |
14,250 |
203,063 |
5 |
6 |
15,625 |
244,141 |
6 |
7 |
16,875 |
284,766 |
-
Перемещение грузка в этом случае вычисляется по формуле: S=a/2*t2. Для обработки данных по МНК, обозначаем параметры так:
y= S ; x = t2; A =
-
Вычисляем параметру А по формуле:
= =0,0245
a = 2А = 0.049 м/с2
-
Зная массы грузов и перегрузка, находим ускорение свободного падения:
= 0.0488 м/с2
-
Построили график зависимости у=Ах с экспериментальными точками .
Вывод: Зависимость у=Ах соответствует полученным экспериментальным данным.
Итак, равноускоренное движение грузка подчиняется закону перемещений, значит путь прямо пропорционален квадрату времени движения : S=a/2.t2
Задание 3. Проверка второго закона Ньютона.
Поскольку ускорение движения является функцией двух переменных – силы и массы, то изучение второго закона Ньютона выполняется путем раздельного исследования двух зависимостей:
А- зависимости ускорения от действующей силы при постоянной массе системы
B- зависимости ускорения от массы системы при постоянной действующей силе
A-Исследование зависимости ускорения от силы при постоянной массе
Проводимо опыт с помощью программы моделирования физических процессов Interactive Physics.
На левый груз последовательно положите перегрузки. В результате в системе появляется движущая сила равная Dmg, где Dm - суммарная масса перегрузков. При этом, конечно, общая масса системы незначительно увеличивается, но этим изменением массы по сравнению с массой грузов можно пренебречь, считая массу системы постоянной.
Измеряем время равноускоренного движения системы на пути 2м. Все данные заносим в таблицу 3.
Таблица 3: Сводная таблица измерений времени движения системы и вычисления некоторых параметров, необходимых для обработки результатов измерения.
№ п.п. |
Dm, кг |
F |
S, м |
t, с |
a, м/с2 |
1 |
0.01 |
0.0981 |
2 |
8,750 |
0,0522 |
2 |
0.02 |
0.1962 |
2 |
6,250 |
0,1024 |
3 |
0.03 |
0.2943 |
2 |
4,875 |
0,1683 |
4 |
0.04 |
0.3924 |
2 |
4,375 |
0,2089 |
5 |
0.05 |
0.4905 |
2 |
4 |
0,25 |
-
Ускорение движения грузка, по второму закону Ньютона, прямо пропорционально действующему силу и обратно пропорционально его массе: a = . Для обработки данных по МНК и построения графика зависимости ускорения движения от действующей силы, параметры обозначаются так:
y= a ; x = F = Dm.g ; A =
-
Построили график зависимости ускорения от действующей силы у=Ах с экспериментальными точками:
вывод: ускорение действительно прямо пропорционально действующей силе
-
Вычисляем угловой коэффициент графика:
= =0,51
-
По угловому коэффициенту полученной прямой определяем массу системы
m = = 1,96 кг
-
Масса системы в реальной
м = 2.01 кг
Масса, вычисляемая по графику, приблизительна реальной массе.
B-Исследование зависимости ускорения от массы при постоянной силе:
Проводим опыт с помощью программы моделирования физических процессов Interactive Physics.
Все опыты проводим с одним и тем же перегрузком , т.е. при постоянной действующей силе. Ускорение системы измеряется также как и в предыдущем задании.
Для изменения массы системы одновременно на правый и левый груз положим дополнительные одинаковые грузы. Все данные записываем в таблицу 4.
Таблица 4: Сводная таблица измерений времени движения системы и вычисления некоторых параметров, необходимых для обработки результатов измерения
№ п.п. |
m, кг |
m-1 |
S, м |
t, с |
a, м/с2 |
1 |
1 |
1.00 |
2 |
8,750 |
0,0522 |
2 |
1,1 |
0.91 |
2 |
9,5 |
0,0443 |
3 |
1,2 |
0.83 |
2 |
9,875 |
0,041 |
4 |
1,3 |
0.77 |
2 |
10,375 |
0,0372 |
5 |
1,4 |
0.71 |
2 |
10,750 |
0,0346 |
-
Ускорение движения грузка, по второму закону Ньютона, прямо пропорционально действующему силу и обратно пропорционально его массе: a = . Для обработки данных по МНК и построения графика зависимости ускорения движения от обратного значения массы системы, параметры обозначаются так:
y= a ; x =; A = F = .
-
Построили график зависимости ускорения от обратного значения массы системы у=Ах с экспериментальными точками:
Вывод: Ускорение системы действительно обратно пропорционально её массе.
-
Вычисляем угловой коэффициент графика:
==0,0538
-
По угловому коэффициенту полученной прямой определяем значение приложенной силы:
F = = 0,0538 Н
-
Значение реально действующей силы в системе:
F = 0.0981Н
Значение силы, вычисляемой по графику, приблизительно значению реально действующей силы в системе.
Контрольные вопросы
-
Что представляет собой механическое движение? Назовите виды механического движения.
-
Сформулируйте основную задачу механики.
-
Что называется материальной точкой.
-
Что такое траектория, путь и перемещение?
-
Сформулируйте определения для скорости, ускорения.
-
Запишите уравнение движения для равнопеременного, равномерного прямолинейного движения.
-
Что такое сила?
-
Сформулируйте первый закон Ньютона. Какие системы отсчета называются инерциальными?
-
Запишите и сформулируйте второй и третий законы Ньютона.