Физика (стр. 11 )

Определение зависимости ускорения скатывающегося цилиндра от угла наклона плоскости.

1. Меняя угол наклона плоскости, определите зависимость ускорения сплошного и полого цилиндров от угла . Измерения выполните при пяти значениях угла по пять раз при каждом угле.

2. Вычислите средние значения ускорений и погрешности их определения .

3. Результаты вычислений оформите в табл. 3 и постройте график экспериментальной зависимости .

Таблица 1

Определение момента силы реакции опоры.

Используя формулы (4), (5), (8) и характеристики установки, вычислить моменты сил реакции опоры при скатывании сплошного и полого цилиндров.

Контрольные вопросы и задания

1. Виды трения. Причины возникновения трения.

2. Выведите формулы (4) и (5).

3. Объясните выполнение работы.

Работа № 4. Определение ускорения связанных тел при движении
по наклонной плоскости

Цели: 1) исследовать движение тела по наклонной плоскости под действием груза; 2) определить ускорение.

Оборудование: блок механический БМ2-03 (узел «Наклонная плоскость»); брусок с двумя противоположными поверхностями из разных материалов – дюралюминий и дерево; грузы и перегрузки; соединительная нить с крючками.

Описание узла «Наклонная плоскость». Узел «Наклонная плоскость» 2 крепится на верхнюю перекладину 3 блока БМ2-03, установленную на вертикальных стойках 1 (рис. 1). Сбоку основания имеется ввод кабеля 5 управления электромагнитами и переключатель электромагнитов 4. На наклонной плоскости смонтирован электромагнит 6, которым может удерживаться брусок 7 (брусок 10 заставляет двигаться брусок 7), и фотодатчик «Стоп» с ограничителем 8. К блоку БМ2-03 подсоединяется электронный секундомер 9.

Рассмотрим движение по наклонной плоскости груза массы M, связанного нитью, перекинутой через блок, с массой m (рис. 2). Считаем нить нерастяжимой, массой нити и блока по сравнению с массой грузов пренебрегаем, трение в блоке отсутствует. На груз массой M действует сила тяжести , сила натяжения нити , направленная вдоль нити, сила реакции опоры , направленная перпендикулярно поверхности плоскости, и сила трения , направленная вдоль плоскости в сторону, противоположную скорости тела. На груз массой m действуют сила натяжения нити и сила тяжести .

Рис. 1

Рис. 2

Для грузов с массами M и m уравнения движения запишутся в виде:

, (1)

(2)

В силу нерастяжимости нити

. (3)

Вследствие равенства нулю массы нити, блока и силы трения в блоке

. (4)

Считая, что груз массой M движется вверх по наклонной плоскости, спроектируем уравнение (1) на оси x, y и уравнение (2) на ось :

, (5)

, (6)

. (7)

Учитывая, что

, (8)

где – коэффициент трения, из последних равенств получим:

. (9)

Если груз массой M движется вниз по наклонной плоскости, то аналогичные рассуждения приводят к выражению для ускорения в виде:

. (10)

Движение бруска вниз.

1. Ослабьте стопорный винт.

2. Поверните плоскость на требуемый угол против часовой стрелки; контроль угла осуществляйте при помощи отсчетного устройства и указателя.

3. Зафиксируйте положение плоскости стопорным винтом.

4. Секундомер СЭ1 переведите в режим 1.

5. Сцепите брусок и противовес нитью и перекиньте ее через блок В.

6. Массу противовеса подберите так, чтобы брусок при отключенном электромагните двигался вниз по наклонной плоскости.

7. Переключите тумблер 4 на электромагнит 1 и установите брусок на электромагните.

8. Измерьте по линейке расстояние S от бруска до луча фотодатчика.

9. Отключите электромагнит и по секундомеру определите время t движения бруска

10. Вычислите ускорение бруска .

11. Вычислите по формуле (10) коэффициент трения.

12. Повторите операции 7–11 пять раз, вычислите средние значения ускорения и коэффициента трения и погрешности их определения:

(11)

13. Результаты занесите в табл. 1.

Таблица 1

№ п/п
Движение бруска вниз
1
2
3
4
5
Движение бруска вверх
1
2
3
4
5

Движение бруска вверх.

1. Ослабьте стопорный винт.

2. Поверните плоскость на тот же угол по часовой стрелке; контроль угла осуществляйте при помощи отсчетного устройства и указателя.

3. Зафиксируйте положение плоскости стопорным винтом.

4. Секундомер СЭ1 переведите в режим 1.

5. Сцепите брусок и противовес нитью и перекиньте ее через блок А.

6. Массу противовеса подберите так, чтобы брусок при отключенном электромагните двигался вверх по наклонной плоскости.

7. Переключите тумблер 4 на электромагнит 1 и установите брусок на электромагните.

8. Измерьте по линейке расстояние S от бруска до луча фотодатчика.

9. Отключите электромагнит и по секундомеру определите время t движения бруска

10. Вычислите ускорение бруска .

11. Вычислите по формуле (9) коэффициент трения.

12. Повторите операции 7–11 пять раз, вычислите средние значения ускорения и коэффициента трения и их погрешности. Результаты измерений оформите в таблицу.

Исследование зависимости ускорения связанных тел от угла наклона плоскости.

1. Подберите массу противовеса так, чтобы при наибольшем угле ~70º брусок двигался вверх по наклонной плоскости.

2. Уменьшая угол наклона по 2º, измерьте время движения бруска от электромагнита до фотодатчика. Измерения проведите при пяти углах по пять раз при каждом значении .