1.2. Вопросы для самоконтроля.
1. Что такое энергия? Какими единицами она измеряется?
2. Что такое кинетическая энергия?
3. Как определяется кинетическая энергия поступательного движения? Вращательного движения?
4. Что такое потенциальная энергия?
5. Как определяется потенциальная энергия тела, поднятого над Землей?
6. Сформулировать закон сохранения и превращения энергии для изолированной системы.
7. Сформулировать закон сохранения механической энергии для изолированной системы.
8. Какой энергией обладает груз и вся система в верхней точке движения?
9. Что называют механической работой? Единицы её измерения.
10. Как определяют работу постоянной силы, переменной силы?
11. Какой энергией обладал груз и вся система в нижней точке движения груза?
2. Экспериментальная часть.
2.1. Приборы и принадлежности.
1. Прибор для определения силы трения в опоре маховика (рис. 28).
Прибор состоит из махового колеса, закрепленного на валу. Вал установлен в подшипниках, уменьшающих силу трения. На вал наматывается нить, к концу которой подвешивается груз массой m. Отсчёт положения груза выполняется с помощью линейки, прикреплённой к стене (рис.28).
Если
к шкиву махового колеса приложить момент
силы за счет груза массой m,
подвешенного
на нити,
то маховое колесо
придет в
движение. 
Рис. 28
Допустим,
что первоначально груз находился на
высоте h1
от наиболее низкого положения, до
которого он может опуститься (рис. 29).
Тогда, считая потенциальную энергию
груза в наиболее низком положении равной
нулю, можем считать, что начальная
энергия системы W1
= mgh1
(WК1
= 0),
а конечная в самой нижней точке
W2=
,
(WП2
= 0),
где
- кинетическая энергия поступательного
движения груза,
-
кинетическая энергия вращающегося
маховика, I
- момент
Рис.
29
инерции
маховика и вала,
- угловая скорость.
На нулевом уровне груз остановится на мгновение и за счет энергии вращения маховика поднимется на высоту h2. В этом положении система будет обладать потенциальной энергией W3 = mgh2 (WК = 0). Высота h2, на которую поднимется груз, меньше h1, т.к. часть энергии затрачено на выполнение работы по преодолению сил трения при опускании груза с высоты h1 и его поднятия на высоту h2.
Работа, совершаемая силой трения в подшипниках, равна:
A = FТр(h1 + h2),
где FТр - средняя сила трения в подшипниках.
Применим закон сохранения энергии для незамкнутой механической системы для начального h1 и конечного h2 положения груза
W3 − W1= А, или mgh2 − mgh1= FТр (h1 + h2).
Отсюда
FТр=
mg
.
(10)
2.2. Измерения. Таблица измеряемых величин.
1. Вращая маховик, намотать на вал нить с прикрепленным к свободному концу грузом и установить его на высоте h1. Высоту h1 отсчитывать от наиболее низкого положения, на которое может опуститься груз.
2. Отпустить груз, и наблюдая за его движением, определить высоту поднятия груза h2 после его опускания с высоты h1.
Опыт повторить не менее 5 раз для разных высот h1, результаты занести в таблицу.
|
№ п/п
|
m, (кг)
|
h1 ,(м)
|
h2 , (м) |
FТр ,(Н)
|
А, (Дж) |