Лабораторнаробота № 5
ДОСЛІДНАПЕРЕВІРКА ЗАКОНУ ЗБЕРЕЖЕННЯ МЕХАНІЧНОЇ ЕНЕРГІЇ
Мета роботи: Порівняти зменшенняпотенціальної енергії прикріпленого до пружини тіла при його падінні зізбільшенням потенціальної енергії розтягнутої пружини.
Прилади таматеріали:Динамометр, закріплений на штативі, два важки по 100г з набору для механіки,рибальська волосінь, прив’язана до гачка динамометра, обмежувач переміщенняважка, фіксатор, лінійка.
Теоретичнівідомості.
/>Якщов ізольованій системі діють гравітаційні сили і сили пружності, то виконуєтьсязакон збереження механічної енергії: сума кінетичної і потенціальної енергіїсистеми залишається сталою. Для експериментальної перевірки цього законускористаємося установкою, зображеною на рис.1. При підніманні рукою підвішеногодо крючка динамометра важка ми збільшуємо його потенціальну енергію. Якщо мипіднімемо важок так, щоб пружина динамометра не була розтягнутою, то важоквідносно столу матиме потенціальну енергію mgh1, де h1- висота важка над столом. Відпустимо важок. Падаючи,він буде розтягувати пружину і на якійсь висоті h2 на мить зупиниться. (Оскільки при цьому Fпр>mg, то важок почне підніматись вгору,потім знову рухатиметься вниз і т. д.; коливання важка швидко затухають і вінзупиняється.). Якщо ми зафіксуємо висоту h2, на якій зупинився при першомуопусканні важок, то ми зможемо знайти зміну його потенціальної енергії /> Згідно з законом збереження:
/> (1)
(В рівнянні (1)фігурує лише потенціальна енергія, оскільки кінетична енергія важка як вположенні 1, так і в положенні 2 дорівнюють нулю. Індекс «в»позначає енергію важка, індекс«пр» — пружини.)
Оскільки /> то: /> Потенціальна енергіяпружини: /> Отже, />
Завданнялабораторної роботи полягає в порівнянні значень /> Визначити нижнє положення важка допомагає фіксатор 1(див.рис.3). Це легенька пластинка з корка, прорізана ножем до її середини(рис.2). Цю пластинку надівають на стержень динамометра. />Фіксатор повинен дуже легкопереміщуватись вздовж стержня і в той же час не падати самовільно. Можнавиготовити фіксатор і з гумової нитки, зав’язавши вузлик на стержнідинамометра. Для зменшення тертя стержень динамометра корисно змаститикраплиною машинного мастила.
/>/>Хідроботи.
1. Перевіртелегкість ходу фіксатора, в разі необхідності змастіть стержень динамометра.
2. Піднімітьрукою важок так щоб пружина динамометра не була розтягнута. Трохи змістітьфіксатор до нижньої частини шкали (див.рис.3). (Обмежувач переміщення важкабажано встановити на такій висоті, щоб потрібне положення важка забезпечувалосьпри упорі в обмежувач.).
3. Різко але безпоштовху відпустіть важок. Падаючи, він розтягне пружину і змістить фіксатор(рис.4).
4. Рукоюпотягніть важок вниз до тих пір, поки фіксатор не торкнеться обмежувальноїдужки динамометра 2 (рис.5). Слідкуйте, щоб фіксатор не змістився зі свогоположення.
5. Запам’ятайтеположення стрілки покажчика динамометра і виміряйте лінійкою видовження пружиних (рис.5).
/>6.Дослід повторіть декілька раз. Знайдіть середнє значення хср.
7. Обчисліть /> Щоб знайти жорсткість пружини /> скористайтесь шкалою динамометра, абовиміряйте лінійкою видовження пружини при підвішуванні важка (в цьому випадку Fпр=mg).
8. Повторітьпункти 2-7, підвісивши два важки з набору.
9. Порівняйтезначення /> Знайдіть відхилення дослідних данихвід ідеального результату: />. Зробіть висновок.
Контрольнізапитання.
1. Сформулюйте законзбереження механічної енергії.
2. Чимпояснюється деяка розбіжність результатів теорії і експерименту?
3. В якому звипадків — при використанні одного чи двох важків — відхилення від теоріїбільше? Чому?