Описание установки

Для определения g чаще используется физический маятник, который представляет собой металлический стержень С с двумя чечевицеобразными грузами Г₁ и Г₂. На этом стержне имеются две треугольные призмы H₁ и П₂, которые своими вершинами могут опираться на площадку П_л.

Рис.7

Груз Г₂ может перемещаться вдоль стержня. Передвигая его, мы меняем момент инерции J этого физического маятника, а следовательно и период колебания.

Определить момент инерции J физического маятника довольно сложно, поэтому используют данные о колебаниях на призмочках П₁ и П₂ для того, чтобы исключить момент J. Чтобы получить эту формулу, запишем периоды колебания на призмочках П₁ и П₂:

T₁ = 2 , T₂ = 2 (6)

где J₁ и J₂ - моменты инерции физического маятника относительно вершин призмочек П₁ и П₂.

По теории Штейнера имеем:

J₁ = J_o + m,

J₂ = J_o + m (7)

где J_o - момент инерции маятника относительно центра масс (ц.м.); m - масса маятника;

и - расстояние от вершин призмочек до центра масс.

Передвигая груз Г₂ мы изменяем периоды T₁ и Т₂. Допустим мы нашли такое его положение, что T₁= Т₂ = Т. В этом случае имеем:

Т₁ = 2 , Т₂ = 2 (8)

Выразим J_o из первого уравнения и подставим это выражение во

второе:

g = (9)

Из формулы (9) видно, что для определения g необходимо знать расстояние между вершинами призмочек, а также период Т колебания относительно этих призмочек в случае, когда:

Т₁ = Т₂ = Т.

Выполнение работы

Работа заключается в определении Т. Для этой цели строят два графика зависимости Т₁ и Т₂ от положения груза Г₂. Точка пересечения этих графиков и даст значение Т.

Измерения начинают, когда груз Г₂ находится в самом нижнем положении. В этом положении груза измеряют T₁ и Т₂. Для этой цели измеряют время 30 полных колебаний. Затем груз Г₂ передвигают, на 2 см и измерения повторяют.

Угол отклонения маятника от положения равновесия должен быть достаточно малым (до 5°).

Используя формулу (9) оцените погрешность в определении g.

Контрольные вопросы

1. Каково ускорение силы тяжести на Луне?

2. Почему на Земле есть атмосфера, а на Луне ее нет?

1. Как меняется вес тела с высотой? По мере опускания под землю?

4. От чего зависит ускорение силы тяжести на поверхности Земли? Где может использоваться эта зависимость?

5. Выведите формулу для периода колебаний физического маятника.

6. Расскажите ход работы.

Литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики: Учебное пособие. Т. 1 - М.: Наука, 1986.- 432 с.

Лабораторная работа № 4

Определение универсальной газовой постоянной

Цель работы: определение универсальной газовой постоянной константы состояния идеального газа, одинаковой для всех газов.

Приборы и принадлежности:

1. Стеклянная колба для взвешивания воздуха.

2. Насос Камовского, которым можно создать нагнетание или разрежение воздуха.

3. Манометр.

4. Весы и разновесы.

Краткая теория

Основными элементами, характеризующими состояние газа, являются давление Р, объем V, занимаемый газом и абсолютная температура Т. Все достаточно разряженные газы при не слишком низких давлениях и температурах подчиняются основному уравнению состояния идеального газа - уравнению Менделеева-Клапейрона:

PV =

где М - масса газа;

- молярная масса;

R - универсальная газовая постоянная.

Величина представляет собой число молей данного газа, заключенного в объеме.

Для одного моля газа уравнение Менделеева-Клапейрона принимает простой вид:

PV₀ = R∙T,

где V_o - объем одного моля газа.

Изменение состояния системы связано с изменением ее параметров (Р, V, Т). В случаях, когда один из параметров данной массы газа не меняется, изменение остальных происходит по законам Бойля-Мариотта, Гей-Люссака и Шарля. Эти законы являются частными случаями уравнения Менделеева-Клапейрона.

Согласно I начала термодинамики, количество энергии, сообщенное системе в процессе теплообмена Q, идет на изменение ее внутренней энергии ΔU и на совершение системой работы А против внешних сил.

Количество теплоты, необходимое для нагревания одного моля (киломоля) газа на один градус, определяется молярной теплоемкостью С. Измеряется она в джоулях на киломоль-кельвин (Дж/кмольК).

Теплоемкость газа существенно зависит от того, при каких условиях он нагревается: при постоянном объеме или при постоянном давлении, в первом случае все сообщенное газу количество теплоты идет только на увеличение внутренней энергии газа (так как объем газа не изменяется). Во втором случае требуется еще дополнительное количество теплоты на совершение работы расширения газа (так как неизменность давления обеспечивается увеличением объема газа).

Универсальная газовая постоянная численно равна работе по расширению киломоля идеального газа при нафевании его на 1⁰К при постоянном давлении.