Учебно-методический комплекс учебной дисциплины ОДП. 03 Физика (стр. 23 )

2. Янчевская в таблицах и схемах/ . - СПб.: Издательский Дом «Литера», 2008. – 96 с.

3. , Лазаренко по физике. ч.1. :Мозырь Белый ветер, 2006. - 136 с.

Лабораторная работа № 5

Сравнение работы силы тяжести с изменением кинетической энергии

Цель: Сравнение работы силы тяжести с изменением кинетической энергии

Оборудование: шарик на нити, линейка (30 – 35 см), динамометр.

Теоретическая часть работы.

Теорема о кинетической энергии утверждает, что работа силы, приложенной к телу, равна изменению кинетической энергии
тела:

Для экспериментальной проверки этого утверждения можно вос­пользоваться установкой, изображенной на рисунке 1.

В лапке штатива закрепляют горизонтально динамометр. К его крючку привязывают шар на нити длиной 60—80 см. Па дру­гом штативе на такой же высоте, как и динамометр, закрепляют лапку. Установив шар на краю лапки, штатив вместе с шаром отодвигают от первого штатива на такое расстояние, чтобы на шар действовала сила упругости Fynp со стороны пружины ди­намометра. Затем шар отпускают. Под действием силы упругости шар приобретает скорость , его кинетическая энергия изменяется от 0 до . .

Для определения модуля скорости v шара, приобретенной под действием силы упругости Fупр, можно измерить дальность полета s шара при свободном падении с высоты Н:

, . Отсюда модуль скорости v равен: , а изменение кинетической энергии равно.

Сила упругости во время действия на шар по закону Гука изменяется линейно от  до Fynp2=0, среднее значение силы упругости равно

.

Измерив деформацию пружины динамометра x, можно вы­числить работу силы упругости:.

Задача настоящей работы состоит в проверке равенства
.

Вопросы для повторения:

1.  Дайте определения работы силы и энергии.

2.  Как кинетическая энергия зависит от скорости тела?

3.  Чему равна потенциальная энергия приподнятого тела?

Порядок выполнения работы

1. Измерьте вес шарика с помощью динамометра.

2. Установите линейку на столе вертикально. Поднимите шарик на высоту линейки и отпустите его. В месте падения шарика на стол положите тетрадь.

3. Вычислите работу силы тяжести относительно стола в момент его падения на стол. A = m g h

4. Вычислите модуль мгновенной скорости шарика в момент его падения на стол. h = , t = ; v = g t = g

5. Вычислите кинетическую энергию шарика относительно стола в момент его падения на стол. E k =

6. Вычислите изменение кинетической энергии шарика. ∆Ek = Ek – E k0

7. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

№ опыта	Измерения	Вычисления
h, м	P, Н	m, кг	Aт, Дж	t, с	v , м/с	Eк, Дж	Eк, Дж
1
2
3

8. В выводе сравните работу силы тяжести с изменением кинетической энергии.

Литература:

1. Фирсов для профессий м специальностей технического и естественно - научного профилей: учебник: Рекомендовано ФГУ «ФИРО»/ Под редакцией – М.: «Академия», 2011 – 432с.

2. Янчевская в таблицах и схемах/ . - СПб.: Издательский Дом «Литера», 2008. – 96 с.

3. , Лазаренко по физике. ч.1. :Мозырь Белый ветер, 2006. - 136 с.

Лабораторная работа № 6

Изучение закона сохранения механической энергии

Цель: измерение и сравнение значений потенциальной энергии поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины

Оборудование: штатив с лапкой и муфтой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25см.

Теоретическая часть работы.

Механическая энергия замкнутой системы тел не изменяется, если между этими телами действуют только консервативные силы. 

Консервативными называют те силы, работа которых по любой замкнутой траектории равна нулю. Сила тяжести являются одной из консервативных сил. Сила трения скольжения может служить примером неконсервативной силы, так как её работа по замкнутому контуру никогда не равна нулю.

Силы упругости тоже являются консервативными.

Проверим, соблюдается ли закон сохранения механической энергии для тела массы m, падающего под действием силы тяжести. Пусть, в момент времени t=0 тело, находясь на высоте на высоте H над землёй, неподвижно, а значит, его кинетическая энергия, EК =0. Потенциальная энергия тела, как следует из, составляет EП = mgH. Таким образом, механическая энергия тела, равная сумме кинетической и потенциальной, сначала (t=0) равна mgH. Когда тело, падая, окажется на высоте h над землёй, его потенциальная энергия уменьшится на mg.(H-h) и станет равной mgh, а кинетическая составит mv2/2, где v-скорость тела на данной высоте. Если считать, что падающее тело достигло высоты h через время t полёта, то его скорость v на данной высоте должна быть v=gt. С другой стороны, для пути, пройденного падающим телом, справедливо, что H-h=gt2/2 . Таким образом, можно найти, что скорость v тела на высоте h над землёй равна v=(2g(H-h))1/2. Подставляя это значение скорости в выражение для кинетической энергии тела, получаем: EК = mg.(H-h),

откуда следует, что кинетическая энергия падающего тела увеличилась на столько же, на сколько уменьшилась его потенциальная энергия. Таким образом, механическая энергия падающего без трения тела остаётся постоянной в течение его полёта.

В условиях, когда силы взаимодействия между телами включают в себя и неконсервативных сил (например, силу трения), механическая энергия замкнутой системы постепенно уменьшается. Однако энергия никогда не исчезает бесследно. Она лишь переходит в другие формы.

Принцип относительности Галилея, утверждающий, что все механические процессы протекают одинаково в любых инерциальных системах отсчёта. Так, закон сохранения механической энергии действует и на суше и на корабле поступательно, равномерно и прямолинейно плывущем по морю. Наоборот, в неинерциальных системах многие законы механики становятся несправедливыми.

Вопросы для повторения:

1.  Что такое консервативные силы? Приведите примеры.

2.  Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

3.  Сформулируйте принцип относительности Галилея.

Указания к работе.

Для выполнения работы собирают установку, показанную на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Фиксатором показаний динамометра служит пластинка.

Порядок выполнения работы.

1.  Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку