.

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 utilizza un orologio con la lancetta dei secondi per registrare 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.: “Prosveshcheniye”, 2007

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

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

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. Utilizzando 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.

N. 1. Studio del movimento del corpo in un cerchio

Scopo del lavoro

Determinare l'accelerazione centripeta della palla quando si muove uniformemente su una circonferenza.

Parte teorica

Gli esperimenti vengono condotti con un pendolo conico. Una pallina si muove lungo una circonferenza di raggio R. In questo caso il filo AB, a cui è attaccata la pallina, descrive la superficie di un cono circolare retto. Dalle relazioni cinematiche segue che аn = ω 2 R = 4π 2 R/T 2.

Sulla pallina agiscono due forze: la forza di gravità m e la forza di tensione del filo (Fig. L.2, a). Secondo la seconda legge di Newton, m = m +. Dopo aver scomposto la forza nelle componenti 1 e 2, dirette radialmente al centro del cerchio e verticalmente verso l'alto, scriviamo la seconda legge di Newton come segue: m = m + 1 + 2. Allora possiamo scrivere: ma n = F 1. Quindi a n = F 1 /m.

Il modulo del componente F 1 può essere determinato utilizzando la somiglianza dei triangoli OAB e F 1 FB: F 1 /R = mg/h (|m| = | 2 |). Quindi F 1 = mgR/h e a n = gR/h.

Confrontiamo tutte e tre le espressioni per a n:

e n = 4 π 2 R/T 2, e n =gR/h, e n = F 1 /m

e assicurarsi che i valori numerici dell'accelerazione centripeta ottenuti dai tre metodi siano approssimativamente gli stessi.

Attrezzatura

Un treppiede con attacco e piede, un metro a nastro, una bussola, un dinamometro da laboratorio, una bilancia con pesi, una palla su una corda, un pezzo di sughero con un buco, un foglio di carta, un righello.

Ordine di lavoro

1. Determina la massa della palla su una scala con una precisione di 1 g.

2. Passare il filo attraverso il foro del tassello e fissare il tassello nel piede del treppiede (Fig. L.2, b).

3. Disegna un cerchio su un pezzo di carta con un raggio di circa 20 cm. Misura il raggio con l'approssimazione di 1 cm.

4. Posizionare il treppiede con il pendolo in modo che la continuazione del filo passi attraverso il centro del cerchio.

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

6. Contare il tempo durante il quale il pendolo compie un determinato numero (ad esempio, compreso tra 30 e 60) rivoluzioni.

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

9. Tirare la palla con un dinamometro orizzontale ad una distanza pari al raggio del cerchio e misurare il modulo del componente 1.

Quindi calcolare l'accelerazione utilizzando la formula

Confrontando i tre valori ottenuti del modulo di accelerazione centripeta, siamo convinti che siano approssimativamente gli stessi.

Data__________ FI________________________________________ Classe 10_____

Lavoro di laboratorio n. 1 sull'argomento:

“STUDIO DEL MOTO CIRCOLARE DI UN CORPO SOTTO L’INFLUENZA DELLE FORZE DI ELASTICITÀ E DI GRAVITÀ.”

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

Attrezzatura: treppiede con attacco e piede, metro a nastro, bussola, dinamometro

laboratorio, bilancia con pesi, peso su filo, foglio di carta, righello, sughero.

Parte teorica del lavoro.

Gli esperimenti vengono condotti con un pendolo conico. Una pallina si muove lungo una circonferenza di raggio R. In questo caso il filo AB, a cui è attaccata la pallina, descrive la superficie di un cono circolare retto. Sulla palla agiscono due forze: la gravità
e la tensione del filo (Fig. a). Creano un'accelerazione centripeta , diretto radialmente verso il centro del cerchio. Il modulo di accelerazione può essere determinato cinematicamente. È uguale a:

.

Per determinare l'accelerazione è necessario misurare il raggio del cerchio e il periodo di rivoluzione della palla lungo il cerchio.

L'accelerazione centripeta (normale) può anche essere determinata utilizzando le leggi della dinamica.

Secondo la seconda legge di Newton
. Analizziamo la forza in componenti E , diretto radialmente al centro del cerchio e verticalmente verso l'alto.

Allora la seconda legge di Newton sarà scritta come segue:

.

Scegliamo la direzione degli assi delle coordinate come mostrato nella Figura b. Nelle proiezioni sull'asse O 1 y, l'equazione del moto della palla assumerà la forma: 0 = F 2 - mg. Quindi F 2 = mg: componente bilancia la gravità
, agendo sulla palla.

Scriviamo la seconda legge di Newton in proiezioni sull'asse O 1 x: man = F 1 . Da qui
.

Il modulo del componente F 1 può essere determinato in vari modi. Innanzitutto, ciò può essere fatto dalla somiglianza dei triangoli OAB e FBF 1:

.

Da qui
E
.

In secondo luogo il modulo del componente F 1 può essere misurato direttamente con un dinamometro. Per fare ciò, tiriamo la palla con un dinamometro posizionato orizzontalmente ad una distanza pari al raggio R del cerchio (Fig. c) e determiniamo la lettura del dinamometro. In questo caso la forza elastica della molla bilancia il componente .

Confrontiamo tutte e tre le espressioni per a n:

,
,
e assicurati che siano vicini l'uno all'altro.

Avanzamento dei lavori.

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

2. Fissare la sfera sospesa su un filo nella gamba del treppiede utilizzando un pezzo di sughero.

3 . Disegna su un foglio di carta un cerchio con un raggio di 20 cm (R= 20 cm = ________ m).

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, imposta il pendolo in movimento rotatorio

sopra un foglio di carta in modo che la pallina descriva lo stesso cerchio disegnato sul foglio.

6. Contiamo il tempo durante il quale il pendolo compie 50 giri completi (N = 50).

7. Calcolare il periodo di rivoluzione del pendolo utilizzando la formula: T = T / N.

8 . Calcolare il valore dell'accelerazione centripeta utilizzando la formula (1):

=

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

10 . Calcolare il valore dell'accelerazione centripeta utilizzando la formula (2):

=

11. Tirare la palla con un dinamometro orizzontale ad una distanza pari al raggio del cerchio e misurare il modulo del componente .

Quindi calcoliamo l'accelerazione utilizzando la formula (3): =

12. I risultati delle misurazioni e dei calcoli vengono inseriti nella tabella.

13 . Confronta i tre valori ottenuti del modulo di accelerazione centripeta.

__________________________________________________________________________ CONCLUSIONE:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Inoltre:

Trovare l'errore relativo e assoluto della misurazione indiretta a c (1) e (3):

Formula (1). ________; Δa c = · a c = ________;

Formula (3). _________; Δa c = · a c = _______.

Lo studio del movimento di un corpo in un cerchio sotto l'influenza di elasticità e gravità.

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

Attrezzatura: treppiede con attacco e piede, metro a nastro, bussola, dinamometro da laboratorio, bilancia con pesi, palla su filo, pezzo di sughero con foro, foglio di carta, righello.

1. Portiamo in rotazione il carico lungo una circonferenza disegnata di raggio R= 20 cm Misuriamo il raggio con una precisione di 1 cm Misuriamo il tempo t durante il quale il corpo farà N=30 rivoluzioni.

2. Determinare l'altezza verticale h del pendolo conico dal centro della sfera al punto di sospensione. h=60,0 +- 1 cm.

3. Tiriamo la palla con un dinamometro orizzontale ad una distanza pari al raggio del cerchio e misuriamo il modulo del componente F1 F1 = 0,12 N, la massa della palla m = 30 g + - 1 g.

4. Inseriamo i risultati della misurazione in una tabella.

5.Calcola un utilizzando le formule riportate nella tabella.

6.Il risultato del calcolo viene inserito nella tabella.

Conclusione: confrontando i tre valori ottenuti del modulo di accelerazione centripeta, siamo convinti che siano approssimativamente gli stessi. Ciò conferma la correttezza delle nostre misurazioni.