Порядок выполнения работы. Приготовить в лабораторном журнале три таблицы по форме табл

Приготовить в лабораторном журнале три таблицы по форме табл. 5.

Определение коэффициента трения покоя

1. Установить тело к верхнему упору направляющей, установленной в горизонтальное положение (α = 0).

2. Увеличить угол наклона направляющей α до тех пор, пока не начнется скольжение (α = α_n).

3. Вычислить коэффициент трения покоя по формуле (11).

4. Повторить эксперимент 5 раз. Вычислить среднее значение ƒ_П.

5. Объяснить причину разброса значений коэффициента трения покоя.

Определение коэффициента трения скольжения

1. Подключить разъемы блока питания и направляющей к семипозиционному индикатору.

2. Включить блок питания индикатора в сеть 220 В. Загорится первый индикатор.

3. Установить тело к верхнему упору направляющей, установленной в заданное по транспортиру положение α > α_П.

4. Дать соскользнуть телу по направляющей, записать показания индикаторов в табл. 5.

5. Повторить эксперимент 5 раз.

6. Вычислить средние значения показаний t_i и занести в таблицу.

7. Вычислить и занести в таблицу значения изменения скорости ∆V_i и ускорения a_i по формулам:

, , .

8. Вычислить среднее значение ускорения и определить коэффициент трения скольжения по формуле (12).

9. Изменить угол α и повторить эксперимент при трех разных углах, записывая результаты в табл. 5 для каждого угла.

10. Сформулировать выводы по проделанной работе.

Таблица 5

Лабораторная работа №4

ДВИЖЕНИЕ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ ПО НАКЛОННОЙ ПЛОСКОСТИ

Цель работы: изучение закона сохранения энергии, определение потерь энергии на вращение.

Введение

Закон сохранения энергии в замкнутых системах – один из фундаментальных законов природы, результат обобщения многих экспериментальных данных. Идея закона принадлежит М.В. Ломоносову, а количественная формулировка дана Ю. Майером и Г. Гельмгольцем. В случае отсутствия внешних неконсервативных сил закон сохранения механической энергии можно представить в виде: E+U=W=const, т.е. полная механическая энергия системы остается постоянной. Здесь E – кинетическая энергия; U – потенциальная энергия; W – полная энергия.

Рассмотрим процесс скатывания тела вращения по наклонной плоскости под действием силы тяжести. При кручении тела без проскальзывания (т.е. в отсутствии рассеяния механической энергии) происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую энергию поступательного и вращательного движения тела. Здесь m, V, J, ω – масса, скорость центра тяжести, момент инерции относительно центра тяжести, угловая скорость. Закон сохранения механической энергии запишется в виде:

.

(13)

С учетом того, что уравнение (13) перепишем в виде:

.

(14)

выражая из (14) скорость поступательного движения, получим ,где – коэффициент, определяющий долю кинетической энергии потерянной на вращение при переходе потенциальной энергии в кинетическую. Подставив в выражение коэффициента потерь энергии моменты инерции шара и диска получим: для шара ξ=0,40 и для диска ξ=0,50. Лабораторная работа выполняется на той же установке, что и лабораторные работы №2–4, поэтому описание установки не приводится.

Если угол установки направляющей известен и равен α, то на длине участка S_i максимально возможная скорость скатывания тела будет равна скорости свободно падающего тела . Здесь h_i высота по нормали к горизонту участка наклонной плоскости длиной S_i ( ).

Определяя при скатывании различных тел скорость V_i на разных участках пути S_i при фиксированном угле наклона α, можно определить значение потерь энергии на вращение и сравнить их с теоретическими, сопоставляя максимально возможную скорость на участке движения и ее реальное значение для вращающегося тела (V_{mах i} и V_i.).