Fizika_sbornik_laboratornykh / Fizika_02M

ГОУ ВПО

ДВГУПС

Кафедра “Физика”

Лабораторная работа _{На тему: “Изучение динамики поступательного движения”}

21040165 02М 915

Шифр Номер работы Группа

Выполнил

Навныко А.В.

Проверил: Старший преподаватель кафедры “Оптические системы связи”

Цюй

Хабаровск 2009 г.

Цель работы:

Определение силы упругости подвеса; определение средней силы удара.

Приборы и оборудование:

Прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударения, штангенциркуль.

Краткая теория:

Основными динамическими характеристиками поступательного движения тел являются: масса, сила и импульс тела.

Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.

Сила – это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого, тело приобретает тело приобретает ускорение или изменяет свою форму.

Импульс тела (количество движения) – векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость, и имеющая направление скорости.

Связь между этими характеристиками описывается законами Ньютона. В классической механике считается, что масса тела постоянна, поэтому при постоянной скорости импульс тела также постоянен. Сохранение скорости движения или состояния покоя вытекает из первого закона Ньютона: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, если действие на него со стороны других тел скомпенсировано, т.е. равнодействующая сил равна нулю.

Взаимодействие тел описывается вторым законом Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой, пропорциональное вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки. В более общем виде этот закон формулируется так: скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на него силе. .

Третий закон Ньютона подчеркивает, что сила является мерой взаимодействия между телами: два тела взаимодействуют с силами и равными по модулю и противоположно направленными. Иными словами сила действия равна силе противодействия. .

Следует отметить, что законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета. Под инерциальными понимаются системы отсчета, связанные с неподвижными объектами или с телами, движущимися прямолинейно и равномерно.

Важным следствием из законов Ньютона является закон сохранения импульса: при взаимодействии тел изолированной системы, суммарный импульс системы остается постоянным. .

Изолированной системой тел считается система, по отношению к которой внешними воздействиями на тела можно пренебречь. Для двух взаимодействующих тел этот закон выглядит так:

Сохранение импульса связано с однородностью пространства – свойством однородности пространства – времени.

За бесконечно малый промежуток времени материальная точка пройдет элементарный путь по траектории и переместится в пространстве на определенную величину. На этом участке на точку может действовать сила, направленная под некоторым углом к перемещению.

Скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения называется элементарной работой силы на бесконечно малом перемещении.

Когда угол между направлением силы и перемещением не равен 90 градусов – эта сила совершает работу, а в случае, когда сила направлена по нормали к перемещению – работу она не совершает.

Совершающие работу тела имеют энергию. Величина называется кинетической энергией. Кинетической энергией называют энергию движущихся тел. Ее связь с импульсом тела задается соотношением или .

Потенциальной энергией называют величину, обусловленную взаимодействием тел или частей одного и того же тела.

В зависимости от сил взаимодействия, определяющих состояние системы различают:

• энергию упругих деформаций ,

где - коэффициент упругости, - величина деформации;

• потенциальную энергию тел в поле тяготения, которая на поверхности Земли имеет вид , где - гравитационная постоянная, - масса источника поля тяготения, - расстояние от источника поля до точки, в которой определяется энергия тела массой .

Силы упругости и силы тяготения являются консервативными. Рабо­та консервативных сил при перемещении тела из одного положения в другое не зависит' от формы траектории, по которой движется тело. Она определяется только положением начальной и конечной точек движе­ния. Работа консервативных сил на, замкнутом пути равна нулю.

В консервативных системах выполняется закон сохранения механи­ческой энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем.

Существует еще один вид систем - диссипативные системы, в кото­рых механическая энергия постепенно уменьшается за счет преобразо­вания в другие (немеханические) формы энергии.

Для диссипативных систем справедлив более общий закон сохране­ния и превращения энергии: энергия не возникает из ничего и не исче­зает бесследно, энергия передается от одних 'тел другим и перехо­дит из одной формы в другую в эквивалентных количествах.

Расчетные формулы:

- расчеты, касающиеся диаметра шарика

- расчеты, касающиеся угла отклонения

- расчеты, касающиеся разности потенциалов

- формула массы шара

- скорости до и после удара

- кинетическая энергия шара до удара

- время свободного движения

- время соударения

- силы упругости подвеса до и после удара соответственно

- средняя сила удара

Проведем соответствующие расчеты и измерения:

Систематизируем результаты в виде таблиц:

	,	,			,	,
1	28,45	0,01	3	0,5	7	1,67
2	28,4	0,04	3,5	0	9	0,33
3	28,47	0,03	4	0,5	10	1,33
ср	28,44	0,03	3,5	0,33	8,67	1,11

,	,	,	,	,	,	,	,
0,0939	0,0322	0,0069	48,7	0,37	0,92	0,92	98,59

Вывод:

Выполнив данную работу, я экспериментально исследовал процессы перехода энергии от одних тел к другим, процессы сохранения импульса движущегося тела. Проведя соответствующие расчеты и измерения я определил силу упругости подвеса, а также определил среднюю силу удара.

Следует отметить, что значения силы упругости подвеса до и после удара разнятся пренебрежимо мало, но небольшая разница все же есть – это и свидетельствует о переходе части импульса ударившегося шарика в рельс. Кроме того, об этом более явно говорит разница в значениях скорости шарика до и после удара.

В качестве лабораторного оборудования и измерительных приборов мною были использованы: прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударения, штангенциркуль.