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Elasticità e pesantezza

Scopo del lavoro

Determinazione dell'accelerazione centripeta di una palla quando si muove uniformemente su una circonferenza

Parte teorica del lavoro

Gli esperimenti vengono condotti con un pendolo conico: una pallina sospesa su un filo si muove in circolo. In questo caso il filo descrive un cono (Fig. 1). Sulla pallina agiscono due forze: la gravità e la forza elastica del filo. Creano un'accelerazione centripeta diretta radialmente verso il centro del cerchio. Il modulo di accelerazione può essere determinato cinematicamente. È uguale a:

Per determinare l'accelerazione (a), è necessario misurare il raggio del cerchio (R) e il periodo di rivoluzione della palla lungo il cerchio (T).

L'accelerazione centripeta può essere determinata allo stesso modo utilizzando le leggi della dinamica.

Secondo la seconda legge di Newton, Scriviamo questa equazione in proiezioni sugli assi selezionati (Fig. 2):

OH: ;

Ehi: ;

Dall'equazione in proiezione sull'asse del Bue esprimiamo la risultante:

Dall'equazione in proiezione sull'asse Oy esprimiamo la forza elastica:

Quindi la risultante può essere espressa:

e quindi l'accelerazione: , dove g=9,8 m/s 2

Pertanto, per determinare l'accelerazione, è necessario misurare il raggio del cerchio e la lunghezza del filo.

Attrezzatura

Un treppiede con un attacco e un piede, un metro a nastro, una palla su una corda, un foglio di carta con un cerchio disegnato, un orologio con la lancetta dei secondi

Avanzamento dei lavori

1. Appendere il pendolo alla gamba del treppiede.

2. Misurare il raggio del cerchio con una precisione di 1 mm. (R)

3. Posizionare il treppiede con il pendolo in modo che l'estensione della corda passi attraverso il centro del cerchio.

4. Prendi il filo nel punto di sospensione con le dita e ruota il pendolo in modo che la pallina descriva un cerchio uguale a quello disegnato sulla carta.

6. Determinare l'altezza del pendolo conico (h). Per fare ciò, misurare la distanza verticale dal punto di sospensione al centro della palla.

7. Trova il modulo di accelerazione utilizzando le formule:

8. Calcola gli errori.

Tabella Risultati di misurazioni e calcoli

Calcoli

1. Periodo di circolazione: ; T=

2. Accelerazione centripeta:

; un 1 =

; un 2 =

Valore medio dell'accelerazione centripeta:

; un cf =

3. Errore assoluto:

∆a1 =

∆a2 =

4. Errore assoluto medio: ; Δa av =

5. Errore relativo: ;

Conclusione

Registra le risposte rispondere alle domande con frasi complete

1. Formulare la definizione di accelerazione centripeta. Annotalo e la formula per calcolare l'accelerazione quando ti muovi in ​​​​un cerchio.

2. Formulare la seconda legge di Newton. Annotarne la formula e il testo.

3. Annotare la definizione e la formula per il calcolo

gravità.

4. Annotare la definizione e la formula per il calcolo della forza elastica.

LAVORO DI LABORATORIO 5

Movimento di un corpo ad angolo rispetto all'orizzontale

Bersaglio

Impara a determinare l'altezza e la portata del volo quando muovi un corpo con una velocità iniziale diretta ad angolo rispetto all'orizzonte.

Attrezzatura

Modello "Moto di un corpo lanciato obliquamente rispetto all'orizzontale" in fogli di calcolo

Parte teorica

Il movimento dei corpi inclinati rispetto all'orizzonte è un movimento complesso.

Il movimento ad angolo rispetto all'orizzonte può essere diviso in due componenti: movimento uniforme orizzontalmente (lungo l'asse x) e allo stesso tempo uniformemente accelerato, con l'accelerazione di gravità, verticalmente (lungo l'asse y). Ecco come si muove uno sciatore quando salta da un trampolino, un flusso d'acqua da un cannone ad acqua, proiettili di artiglieria, lancio di proiettili

Equazioni del moto s w:space="720"/>"> E

Scriviamo in proiezioni sugli assi xey:

All'asse X: S=

Per determinare l'altitudine di volo è necessario ricordare che nel punto più alto della risalita la velocità corporea è pari a 0. Successivamente verrà determinato il tempo di risalita:

Quando si cade, passa lo stesso tempo. Pertanto, il tempo di movimento è definito come

Quindi l'altezza di sollevamento è determinata dalla formula:

E l'autonomia di volo:

La massima autonomia di volo si osserva quando ci si sposta con un angolo di 45 0 rispetto all'orizzonte.

Avanzamento dei lavori

1. Annota la parte teorica del lavoro nella tua cartella di lavoro e disegna un grafico.

2. Aprire il file “Movimento ad angolo rispetto all'orizzontale.xls”.

3. Nella cella B2 inserisci il valore della velocità iniziale, 15 m/s, e nella cella B4 - l'angolo di 15 gradi(nelle celle vengono inseriti solo numeri, senza unità di misura).

4. Considera il risultato sul grafico. Modificare il valore della velocità a 25 m/s. Confronta i grafici. Cosa è cambiato?

5. Modificare i valori di velocità a 25 m/s e l'angolo a –35 gradi; 18 m/s, 55 gradi. Rivedi i grafici.

6. Esegui calcoli con formule per i valori di velocità e angolo(secondo le opzioni):

8. Controlla i tuoi risultati, guarda i grafici. Disegna i grafici in scala su un foglio A4 separato

Tabella Valori di seni e coseni di alcuni angoli

Conclusione

Scrivi le risposte alle domande frasi complete

1. Da quali valori dipende la portata di volo di un corpo lanciato ad angolo rispetto all'orizzonte?

2. Fornisci esempi del movimento dei corpi ad angolo rispetto all'orizzontale.

3. A quale angolo rispetto all'orizzonte si osserva la massima autonomia di volo di un corpo rispetto all'orizzonte?

LABORATORIO 6

“Studio del moto circolare di un corpo sotto l’azione di due forze”

Scopo del lavoro: determinazione dell'accelerazione centripeta di una palla durante il suo moto circolare uniforme.

Attrezzatura: 1. treppiede con attacco e piede;

2. metro a nastro;

3. bussola;

4. dinamometro da laboratorio;

5. bilancia con pesi;

6. palla su un filo;

7. un pezzo di sughero con un buco;

8. foglio di carta;

9. righello.

Ordine di lavoro:

1. Determina la massa della palla sulla bilancia con una precisione di 1 g.

2. Passiamo il filo attraverso il foro e fissiamo la spina nel piede del treppiede (Fig. 1)

3. Disegna un cerchio su un pezzo di carta, il cui raggio è di circa 20 cm Misuriamo il raggio con una precisione di 1 cm.

4. Posizioniamo il treppiede con il pendolo in modo che il prolungamento della corda passi per il centro del cerchio.

5. Prendendo il filo con le dita nel punto di sospensione, ruotare il pendolo in modo che la pallina descriva un cerchio uguale a quello disegnato sulla carta.

6. Contiamo il tempo durante il quale il pendolo compie, ad esempio, N=50 rivoluzioni. Calcolo del periodo di circolazione T=

7. Determinare l'altezza del pendolo conico Per fare ciò, misurare la distanza verticale dal centro della sfera al punto di sospensione.

8. Trova il modulo di accelerazione normale utilizzando le formule:

un n 1 = un n 2 =

un n 1 = un n 2 =

9. Usando un dinamometro orizzontale, tiriamo la palla ad una distanza pari al raggio del cerchio e misuriamo il modulo della componente F

Quindi calcoliamo l'accelerazione utilizzando la formula un n3 = un n3 =

10. Inseriamo i risultati della misurazione in una tabella.

Calcola il relativo errore di calcolo a n 1 e scrivi la risposta nella forma: un n 1 = un n 1av ± ∆ un n 1av un n 1 =

Trarre una conclusione:

Domande di sicurezza:

1. Che tipo di movimento è il movimento di una palla su una corda nel lavoro di laboratorio? Perché?

2. Fai un disegno sul tuo quaderno e indica correttamente i nomi delle forze. Nomina i punti di applicazione di queste forze.

3. Quali leggi della meccanica vengono soddisfatte quando il corpo si muove in questo lavoro? Disegna graficamente le forze e scrivi correttamente le leggi

4. Perché la forza elastica F, misurata sperimentalmente, è uguale alle forze risultanti applicate al corpo? Dai un nome alla legge.

Sappiamo dal libro di testo (pagg. 15-16) che con il movimento uniforme in un cerchio, la velocità di una particella non cambia di grandezza. Infatti, da un punto di vista fisico, questo movimento è accelerato, poiché la direzione della velocità cambia continuamente nel tempo. In questo caso, la velocità in ogni punto è praticamente diretta lungo una tangente (Fig. 9 nel libro di testo a pagina 16). In questo caso, l'accelerazione caratterizza la velocità di cambiamento nella direzione della velocità. È sempre diretto verso il centro del cerchio lungo il quale si muove la particella. Per questo motivo viene comunemente chiamata accelerazione centripeta.

Questa accelerazione può essere calcolata utilizzando la formula:

La velocità del movimento di un corpo in un cerchio è caratterizzata dal numero di rivoluzioni complete effettuate nell'unità di tempo. Questo numero è chiamato velocità di rotazione. Se un corpo compie v rivoluzioni al secondo, il tempo necessario per completare una rivoluzione è

secondi Questo periodo è chiamato periodo di rotazione

Per calcolare la velocità del movimento di un corpo in un cerchio, è necessario il percorso percorso dal corpo in un giro (è uguale alla lunghezza

cerchio) diviso per periodo:

in questo lavoro noi

Osserveremo il movimento di una palla sospesa su un filo e che si muove in cerchio.

Un esempio del lavoro svolto.

.

IOFase preparatoria

La figura mostra un diagramma schematico di un'altalena nota come gradino gigante. Trova la forza centripeta, il raggio, l'accelerazione e la velocità di rotazione della persona che oscilla attorno al palo. La lunghezza della corda è di 5 m, la massa della persona è di 70 kg. Il palo e la corda formano un angolo di 300 durante la rotazione. Determinare il periodo se la frequenza di rotazione dell'altalena è 15 min-1.

Suggerimento: un corpo che si muove in circolo subisce l'azione della forza di gravità e della forza elastica della corda. La loro risultante imprime al corpo un'accelerazione centripeta.

Inserisci i risultati del calcolo nella tabella:

Tempo di circolazione, s

Velocità

Periodo di circolazione, s

Raggio di circolazione, m

Peso corporeo, kg

forza centripeta, N

velocità di circolazione, m/s

accelerazione centripeta, m/s2

II. Palco principale

Scopo del lavoro:

Dispositivi e materiali:

1. Prima dell'esperimento, appendere un carico, precedentemente pesato su una bilancia, a un filo della gamba del treppiede.

2. Sotto il peso sospeso posizionare un foglio di carta su cui è disegnato un cerchio di raggio 15-20 cm. Posizionare il centro del cerchio su un filo a piombo passante per il punto di sospensione del pendolo.

3. Nel punto di sospensione, prendere il filo con due dita e portare con attenzione in rotazione il pendolo, in modo che il raggio di rotazione del pendolo coincida con il raggio del cerchio disegnato.

4. Mettere in rotazione il pendolo e, contando il numero di giri, misurare il tempo durante il quale si sono verificate queste rivoluzioni.

5. Scrivi i risultati delle misurazioni e dei calcoli in una tabella.

6. La risultante forza di gravità e forza elastica, rilevata durante l'esperimento, viene calcolata dai parametri del movimento circolare del carico.

D'altra parte, la forza centripeta può essere determinata dalla proporzione

Qui la massa e il raggio sono già noti dalle misurazioni precedenti e per determinare la forza centrifuga nel secondo modo è necessario misurare l'altezza del punto di sospensione sopra la sfera rotante. Per fare ciò, tirare la palla ad una distanza pari al raggio di rotazione e misurare la distanza verticale dalla palla al punto di sospensione.

7. Confronta i risultati ottenuti con due metodi diversi e trai una conclusione.

IIIFase di controllo

Se non ci sono bilance a casa, lo scopo del lavoro e dell'attrezzatura può essere modificato.

Scopo del lavoro: misurazione della velocità lineare e dell'accelerazione centripeta durante il moto circolare uniforme

Dispositivi e materiali:

1. Prendi un ago con doppio filo lungo 20-30 cm. Infila la punta dell'ago in una gomma, una piccola cipolla o una pallina di plastilina. Riceverai un pendolo.

2. Solleva il pendolo con l'estremità libera del filo sopra un foglio di carta steso sul tavolo e portalo in rotazione uniforme lungo il cerchio raffigurato sul foglio di carta. Misura il raggio del cerchio lungo il quale si muove il pendolo.

3. Ottieni una rotazione stabile della palla lungo una determinata traiettoria e, utilizzando un orologio con la lancetta dei secondi, registra il tempo per 30 giri del pendolo. Utilizzando formule note, calcolare i moduli della velocità lineare e dell'accelerazione centripeta.

4. Crea una tabella per registrare i risultati e compilala.

Letteratura utilizzata:

1. Lezioni frontali di laboratorio di fisica nelle scuole superiori. Un manuale per gli insegnanti, a cura di. Ed. 2°. - M., “Illuminismo”, 1974

2. Shilov lavora a scuola e a casa: la meccanica - M.: “Illuminismo”, 2007

Per il 9° anno (I.K.Kikoin, A.K.Kikoin, 1999),
compito №5
al capitolo " LAVORO DI LABORATORIO».

Scopo del lavoro: assicurarsi che quando un corpo si muove in circolo sotto l'azione di più forze, la loro risultante sia uguale al prodotto della massa corporea per l'accelerazione: F = ma. Per questo viene utilizzato un pendolo conico (Fig. 178, a).

Su un corpo attaccato ad un filo (nel lavoro questo è un carico composto da

posto in meccanica) agiscono la forza di gravità F 1 e la forza elastica F 2. La loro risultante è uguale a

La forza F imprime al carico un'accelerazione centripeta

(r è il raggio del cerchio lungo il quale si muove il carico, T è il periodo della sua rivoluzione).

Per trovare il periodo conviene misurare il tempo t di un certo numero N di giri. Allora T =

Il modulo della risultante F delle forze F 1 e F 2 può essere misurato compensandolo con la forza elastica F della molla di comando del dinamometro come mostrato in Figura 178, b.

Secondo la seconda legge di Newton,

Quando si sostituisce in

questa è l'uguaglianza dei valori ottenuti sperimentalmente F ynp , m e a potrebbe risultare che il lato sinistro di questa uguaglianza differisce dall'unità. Questo ci permette di stimare l’errore dell’esperimento.

Strumenti di misura: 1) righello con divisioni millimetriche; 2) un orologio con la lancetta dei secondi; 3) dinamometro.

Materiali: 1) treppiede con attacco e anello; 2) filo forte; 3) un foglio di carta su cui è disegnato un cerchio di raggio 15 cm; 4) peso dal set meccanico.

Ordine di lavoro

1. Lega un filo lungo circa 45 cm a un peso e appendilo all'anello del treppiede.

2. Uno degli studenti afferra il filo nel punto di sospensione con due dita e ruota il pendolo.

3. Per il secondo studente, utilizzare un nastro per misurare il raggio r del cerchio lungo il quale si muove il carico. (Puoi disegnare in anticipo un cerchio su carta e mettere in movimento il pendolo lungo questo cerchio.)

4. Determinare il periodo T di rivoluzione del pendolo utilizzando un orologio con la lancetta dei secondi.

Per fare ciò, lo studente, ruotando il pendolo, a tempo con le sue rivoluzioni, dice ad alta voce: zero, zero, ecc. Il secondo studente con l'orologio tra le mani, avendo colto il momento opportuno nella lancetta dei secondi per iniziare a contare, dice: "zero", dopodiché il primo studente conta ad alta voce il numero di giri. Dopo aver contato 30-40 giri, viene registrato l'intervallo di tempo t. L'esperimento viene ripetuto cinque volte.

5. Calcolare il valore medio dell'accelerazione utilizzando la formula (1), tenendo conto che con un errore relativo non superiore a 0,015 possiamo assumere π 2 = 10.

6. Misurare il modulo della risultante F, bilanciandolo con la forza elastica della molla del dinamometro (vedi Fig. 178, b).

7. Immettere i risultati della misurazione nella tabella:

8. Confronta l'atteggiamento

con unità e trarre una conclusione sull'errore nella verifica sperimentale che l'accelerazione centripeta impressa al corpo è la somma vettoriale delle forze agenti su di esso.

Un carico del gruppo meccanico, sospeso ad un filo fissato nel punto superiore, si muove su un piano orizzontale lungo una circonferenza di raggio r sotto l'azione di due forze:

gravità

e la forza elastica N.

La risultante di queste due forze F è diretta orizzontalmente verso il centro del cerchio e imprime al carico un'accelerazione centripeta.

T è il periodo di circolazione del carico in un cerchio. Può essere calcolato calcolando il tempo durante il quale il carico effettua un certo numero di giri completi

Calcoliamo l'accelerazione centripeta utilizzando la formula

Ora, se prendiamo un dinamometro e lo attacchiamo ad un carico, come mostrato in figura, possiamo determinare la forza F (la risultante delle forze mg e N.

Se il carico viene deviato dalla verticale di una distanza r, come quando si muove in un cerchio, allora la forza F è uguale alla forza che ha causato il movimento del carico in un cerchio. Abbiamo l'opportunità di confrontare il valore della forza F ottenuto mediante misurazione diretta e la forza ma calcolata dai risultati delle misurazioni indirette e

confrontare l'atteggiamento

con uno. Affinché il raggio del cerchio lungo il quale si muove il carico cambi più lentamente a causa dell'influenza della resistenza dell'aria e questo cambiamento abbia un leggero effetto sulle misurazioni, dovrebbe essere scelto piccolo (circa 0,05 ~ 0,1 m).

Portare a termine il lavoro

Calcoli

Stima dell'errore. Precisione della misurazione: righello -

cronometro

dinamometro

Calcoliamo l'errore nella determinazione del periodo (assumendo che il numero n sia determinato esattamente):

Calcoliamo l'errore nel determinare l'accelerazione come:

Errore di determinazione ma

(7%), cioè

D'altra parte, abbiamo misurato la forza F con il seguente errore:

Questo errore di misurazione è, ovviamente, molto grande. Misurazioni con tali errori sono adatte solo per stime approssimative. Ciò dimostra che il rapporto di deviazione

da uno può essere significativo quando si utilizzano i metodi di misurazione da noi utilizzati *.

1 * Quindi non dovresti sentirti in imbarazzo se questo laboratorio prevede

sarà diverso dall'unità. Basta valutare attentamente tutti gli errori di misurazione e trarre la conclusione appropriata.