- •1. Основные термины и определения
- •2. Правила округления значений погрешности и результата измерений
- •3. Минимизация систематических составляющих погрешностей измерений
- •4. Расчет погрешности прямого однократного измерения
- •Пример 1. Обработка результата однократного измерения
- •5. Обработка результатов прямых многократных наблюдений
- •Коэффициент Стьюдента в зависимости от количества наблюдений n и от значения доверительной вероятности
- •Пример 2. Обработка результатов прямых многократных наблюдений
- •5. Вычисление погрешности косвенных измерений
- •Метод измерений и расчетные формулы
- •Порядок выполнения работы а) Подготовительная часть
- •Б) Измерение плотности материала призмы
- •В) Измерение плотности материала прямого цилиндра
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № I - 2 измерение ускорения свободного падения с использованием различных маятников
- •Введение
- •Описание установки и методики измерений
- •Задача 1. Определение ускорения силы тяжести с помощью модели математического маятника
- •Задача 2. Определение ускорения силы тяжести с помощью физического маятника
- •Задача 3. Определение ускорения силы тяжести с помощью оборотного маятника
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № I - 3 изучение законов вращательного движения
- •Введение
- •Задача 1. Изучение кинематики вращательного движения
- •Описание блока разгона – торможения
- •Методики измерения углового ускорения на стадии разгона
- •Методика измерения угловой скорости на стадии равномерного вращения
- •Порядок выполнения работы а. Измерение углового ускорения в режиме разгона
- •Б. Измерение угловой скорости вращения диска в режим равномерного вращения
- •В. Измерение углового ускорения в режиме торможения
- •Обработка результатов измерений
- •Задача 2. Определение момента инерции диска методом вращения
- •Описание лабораторной установки и методики измерений
- •Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений
- •Контрольные вопросы.
- •Литература
- •Лабораторная работа № I – 4 измерение моментов инерции маятника обербека
- •Введение
- •Описание установки и метода измерения момента инерции
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № I - 5 измерение скорости полета пули с помощью баллистического маятника
- •Введение
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № I - 6 измерение ускорения свободного падения с помощью прибора атвуда
- •Введение
- •Описание прибора Атвуда
- •Измерение ускорения свободного падения
- •Порядок выполнения работы
- •Измерение ускорения свободного падения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Описание прибора и метода измерения момента инерции
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № I - 9 измерение коэффициента поверхностного натяжения
- •Введение
- •Методика измерения коэффициента поверхностного натяжения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № I - 10 измерение среднеквадратической скорости движения молекул
- •Введение
- •Измерительная установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Контрольные вопросы
1. Что называется механической системой? Какие системы являются замкнутыми?
2. В чем заключается закон сохранения импульса? В каких системах он выполняется?
3. Что такое «абсолютно упругий удар»? Какие «законы сохранения» можно использовать при анализе такого удара?
4. Какие направления должны иметь импульсы шаров после их упругого соударения в случаях: а) массы шаров равны; б) масса ударяющего шара меньше массы неподвижного шара; в) масса ударяющего шара больше массы неподвижного шара?
Литература
Савельев И.В. Курс физики: Учебник в 3-х томах. Т.1: Механика. Молекулярная физика. М., - Наука, 1989. - 352 с.
2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. 6-е изд. стер. – М., Высшая школа, 1999. – 542 с.
Лабораторная работа № I - 8
ИЗМЕРЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
НА ОСНОВЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА
____________________________________________________________________
Цель работы: освоение навыков использования законов динамики поступательного и вращательного движений на примере изучения свойств маятника Максвелла.
Приборы и принадлежности: стенд, включающий маятник Максвелла с системой регистрации интервалов времени, штангенциркуль.
Введение
Маятник – это физический прибор, совершающий периодическое движение, сопровождающееся последовательными переходами его потенциальной энергии в кинетическую энергию и обратно. При отсутствии потерь общая механическая энергия маятника остается постоянной. Без сообщения маятнику начальной энергии он находятся в состоянии устойчивого равновесия, которое характеризуется минимумом механической энергии.
В курсах физики наиболее часто рассматриваются два вида маятников – маятник на подвесе и маятник на пружине. Маятник Максвелла – это диск, который неподвижно закреплен на общем с ним вале; вал симметрично подвешен на двух нитях так, что его ось занимает горизонтальное положение (рис. 1). Если накрутить нити на вал, то маятник поднимется на некоторую высоту относительно исходного положения и приобретет, таким образом, некоторую потенциальную энергию.
Рис. 1
Если предоставить маятнику Максвелла возможность опускаться под действием силы тяжести, то он совершает движение, которое состоит из: поступательного движения вниз и вращательного движения. Суммарно маятник совершает плоское движение - каждая его точка движется в пределах неизменной плоскости. В данном случае все эти плоскости перпендикулярны оси вала.
Потенциальная энергия маятника в процессе его движения вниз переходит в кинетическую энергию его вращения. В крайнем нижнем положении – в пренебрежении потерями – вся первоначально приобретенная энергия переходит в энергию вращательного движения. За счет нее нити накручиваются на вал, маятник поднимается. Далее процесс движения циклически повторяется.
Вращательное движение маятника Максвелла при его движении вниз связано с вращающим моментом, который создают силы натяжения нитей. Обозначим суммарную силу натяжения нитей символом Т.
Уравнения динамики поступательного и вращательного движений маятника имеют вид:
mg - T = ma, (1)
T r =Jo , (2)
где:
m – масса маятника;
g – ускорение свободного падения;
а - линейное ускорение центра тяжести диска;
- угловое ускорение вращательного движения;
Т – суммарная сила натяжения нитей;
r - радиус вала;
Jo – момент инерции маятника относительно его оси.
Чтобы получить формулу для расчета значения Jo, необходимо привлечь дополнительно два кинематических соотношения: 1) для прямолинейного равноускоренного движения:
а = 2 h / t2 ; (3)
2) для равноускоренного вращательного движения:
= a / r, (4)
где :
t – время движения маятника из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее;
h – изменение положения маятника по высоте.
Объединение равенств (1) – (4) позволяет получить расчетную формулу для момента инерции маятника Максвелла:
, (5)
где d = 2r.