- •Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з курсу фізики Частина 1 і Семестр
- •Вимірювання фізичних величин та визначення похибок вимірювання
- •Метод середнього арифметичного
- •Статистичний метод
- •Закон нормального розподілу випадкових похибок та статистична обробка при нормальному розподілі результатів спостережень
- •Обробка результатів непрямих вимірювань
- •Вивчення прямого центрального пружного удару
- •1. Мета роботи.
- •2. Теоретичні відомості.
- •3. Контрольні запитання.
- •4. Домашнє завдання.
- •5. Лабораторне завдання.
- •6. Порядок виконання роботи:
- •6. Прилади та обладнання.
- •3. Контрольні запитання.
- •4. Домашнє завдання
- •5. Лабораторне завдання.
- •6. Порядок виконання роботи:
- •7. Прилади та обладнання.
- •Вивчення обертального руху на маятнику Обербека.
- •1. Мета роботи.
- •2. Теоретичні відомості.
- •3. Контрольні запитання.
- •4. Домашнє завдання.
- •5. Лабораторне завдання.
- •6. Порядок виконання роботи.
- •7. Прилади та обладнання.
- •3. Прилади та обладнання.
- •4. Порядок виконання роботи
- •5. Контрольні запитання.
- •6. Література.
- •Вивчення закону Ома
- •1. Мета роботи.
- •2. Теоретичні відомості.
- •3. Контрольні питання.
- •4. Домашнє завдання.
- •5. Лабораторне завдання.
- •6. Порядок виконання роботи.
- •7. Прилади та обладнання.
- •3. Прилади та обладнання.
- •4. Порядок виконання роботи.
- •Завдання 2. Визначення невідомої ерс методом компенсації
- •1. Мета роботи.
- •2. Теоретичні відомості.
- •3. Прилади та обладнання.
- •4. Порядок виконання роботи.
- •Вивчення прискорення вільного падіння тіла за допомогою фізичного маятника
- •1. Мета роботи.
- •2. Теоретичні відомості.
- •4. Методика вимірювання.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Контрольні запитання.
- •7. Прилади та обладнання.
- •3. Методика вимірювання.
- •4. Порядок виконання роботи.
- •5. Контрольні запитання.
- •6. Прилади та обладнання.
- •7. Література.
- •Вивчення вільних затухаючих коливань математичного маятника
- •3. Методика вимірювання.
- •4. Порядок виконання роботи.
- •5. Прилади та обладнання.
- •3. Опис установки.
- •4. Прилади та обладнання.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •Завдання 2.
- •2. Теоретичні відомості.
- •3. Опис установки.
- •4. Прилади та обладнання.
- •5. Порядок виконання роботи.
- •6. Контрольні запитання.
6. Прилади та обладнання.
Дві пружні кульки відомої маси на біфілярному підвісі, рулетка, штангенциркуль, кутомірна шкала із ціною великої поділки 1°.
7. Література.
1.Савельев И.В., Курс общей физики, т.1, “Наука”, 1986, § 27,28.
2.Зисман Г.А., Тодес О.М., Курс общей физики, т.1, “Наука”, 1969, § 4,6,8.
Лабораторне заняття № 3
Варіант 1
Дослідження залежності моменту інерції тіла від
положення осі обертання
1. Мета роботи.
Визначити момент інерції тіла при трьох різних положеннях осі обертання.
2. Теоретичні відомості.
Вектор лінійної швидкості спрямований по дотичній до траєкторії руху і по величині дорівнює першій похідній від шляху за часом:
(1)
Вектор прискорення дорівнює границі відношення приросту вектора швидкостідо того проміжку часу, за яке він відбувся, за умови, що цей проміжок часу прямує до нуля, тобто прискорення дорівнює першій похідній від вектора швидкості по часу:
(2)
У кожному разі вектор можна розкласти на тангенціальнута нормальнускладові:
(3)
Тому вектор можна представити сумою двох величин:
(4)
У виразі (4) величину:
(5)
називають тангенціальнимприскоренням, а величину:
(6)
нормальнимприскоренням.
Прискорення , яке називаєтьсяповним, є векторною сумоюй, тобто:
(7)
Можна довести, що за величинами:
(8)
, (9)
де R- радіус кривизни траєкторії руху в розглянутий момент часу.
Тангенціальне прискорення спрямоване по дотичній до траєкторії руху та характеризує зміну вектора швидкості за числовим значенням. Якщо рух прискорений, то збігається за напрямком з(рис. 1а), а якщо сповільнений тонаправлене протилежно до(рис. 1б). Якщо швидкість по величині не змінюється, то.
Нормальне прискорення спрямоване по радіусу до центра кривизни траєкторії руху (воно називається також доцентровим) і характеризує зміну швидкості по напрямку.
а
б
Рис. 1.
Оскільки тазавжди взаємоперпендикулярні, то по величині:
(10)
При обертальному русі матеріальної точки, лінійна швидкість:
, (11)
де l – довжина дуги траєкторії.
Оскільки , то
, (12)
де — кутова швидкість матеріальної точки. Вона чисельно дорівнює куту повороту за одиницю часу. Одиниці вимірювання в СІ –[ω] = [].
В загальному випадку кутовій швидкості надається зміст вектора, спрямованого по осі обертання (осьового вектора). Цей вектор спрямований так, щоб, дивлячись йому вслід, можна було б бачити обертання матеріальної точки за годинниковою стрілкою, тоді (рис. 2).
Кутовим прискоренням називають величину, чисельно рівній першій похідній від кутової швидкості по часу:
(13)
Одиниці вимірювання в СІ – [] = [].У векторній формі, відповідно:
Кутовому прискоренню теж надають зміст осьового вектора, напрямок якого збігається з напрямком вектора кутової швидкості при прискореному русі та протилежний йому – при сповільненому русі (рис. 2).
а) ω>0 б) ω<0
Рис. 2.
Між лінійними та кутовими характеристиками руху існує наступний взаємозв'язок:
(14)
(15)
(16)
(17)
Абсолютно твердетіло(АТТ) – це тіло, яке не деформується ні при яких впливах. В абсолютно твердому тілі відносне положення його частинок у процесі руху не змінюється.
Обертальнимназивається рух тіла, при якому всі його точки описують кола, центри яких лежать на осі обертання.
Моментом силиМвідносно деякої осі обертанняz (обертальним моментом) називається величина, чисельно рівна добутку діючої на тіло силиFна плечеh, тобто
Mz=Fh(18)
В загальному випадку момент сили це величина векторна: .
Плечемсили називається найкоротша відстань від осі обертання до лінії дії (напрямку) цієї сили.
Інертність тіла, яке обертається залежить від розподілу його маси відносно осі обертання та характеризується величиною, що носить назву моменту інерції I. Розрізняють момент інерції матеріальної точки і момент інерції АТТ.
Моментом інерціїматеріальної точкивідносно осіzназивається величина, чисельно рівна добутку маси точкиmна квадрат відстані від неї до центра обертанняr:
(19)
Момент інерції АТТ відносно осі z є сумою моментів інерції всіх точок, з яких це тіло складається:
(20)
Момент інерції АТТ залежить як від його форми, маси й розмірів, так і від розташування осі обертання. Для тіла у формі паралелепіпеда:
, (21)
де m- маса тіла, і- розміри тіла , зазначені на рис.3
Рис. 3.
Основний закон обертального рухудляАТТполягає в тому, що обертальний моментМzі кутове прискорення, отримане тілом під дією цього моменту, прямопропорційні та записуються у вигляді:
(22)