Цель работы: сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.
Средства измерения:
1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка
измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.
Материалы: 1) фиксатор;
2) штатив с муфтой и лапкой.
Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.
Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.
Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.
Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на
а энергия пружины при ее деформации увеличивается на
Порядок выполнения работы
1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.
2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.
3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.
4. Повторите опыт пять раз.
5. Подсчитайте
и
6. Результаты занесите в таблицу:
|
Номер опыта |  |  |  |  |  |
7. Сравните отношение
с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.
Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы
Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:
Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Вначале удерживаем тело в положении 1, пружина не натянута и сила упругости, действующая на тело равна нулю. Затем отпускаем тело и оно падает под действием силы тяжести до положения 2, в котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при удлинении ее на h (тело покоится в этот момент времени).
Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при переходе тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на величину mgh, а потенциальная энергия пружины возрастает на величину
Целью работы является сравнение этих двух величин. Средства измерения: динамометр с известной заранее жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора по механике.
Выполнение работы:
|
№ опыта |  |  |  |  |  |
|
1 |
0,054 | ||||
|
2 |
0,052 | ||||
|
3 |
0,048 |
0,051 |
0,050 |
0,052 |
0,96 |
|
4 |
0,050 | ||||
|
5 |
0,052 |
Вычисления:
Оценим погрешности:
Отношение потенциальных энергий запишем как:
откуда видно, что полученное отклонение от единицы лежит в пределах погрешности измерений.
Решебник
по
физике
за 9 класс (И.К.Кикоин, А.К.Кикоин, 1999 год),
задача №7
к главе «ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ».