Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе



Скачать 476.01 Kb.
страница1/5
Дата30.04.2013
Размер476.01 Kb.
ТипЛабораторная работа
  1   2   3   4   5


Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ЧЕЛЯБИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


Кафедра физики
МЕХАНИКА
Методические указания

к лабораторным работам по физике

для бакалавров

Челябинск

2007

Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе.

Составители
Басарыгина Е. М. – докт. техн. наук, профессор (ЧГАУ)

Нарушевич В. П. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ)

Никишин Ю. А. – канд. физ.-мат. наук, доцент (ЧГАУ)

Гулявцев В. Н. – канд. физ.-мат. наук, доцент (ЧГАУ)

Соколов И. Б. – канд. техн. наук, доцент (ЧГАУ)

Тамбовцев В. С. – ст. преподаватель (ЧГАУ)

Рецензенты
Буторин В.А. – докт. техн. наук, профессор (ЧГАУ)

Подзерко В.Ф. - канд. техн. наук, доцент (ЮУpГУ)
Ответственный за выпуск
Басарыгина Е.М. – зав. кафедрой физики (ЧГАУ)

Печатается по решению редакционно-издательского совета ЧГАУ.
© ФГОУ ВПО «Челябинский государственный агроинженерный университет», 2007.
Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА
Цель работы: опытным путем изучить законы механического движения в поле земного притяжения.

Оборудование: машина Атвуда, грузы, секундомер.

Машина Атвуда предназначена для исследования движения тела в поле земного тяготения. Естественнее было бы изучать это движение, исследуя свободное падение тел, однако это проблематично, невозможно из-за большой величины ускорения свободного падения. Для проведения таких опытов необходимы приборы большой протяженности (несколько десятков метров), либо точное измерение небольших промежутков времени (долей секунд). Машина Атвуда позволяет избегать этих трудностей и изучать движение при удобных для измерения скоростях.

Машина Атвуда (рисунок 1) представляет собой вертикальную


m0=20г

Рисунок 1 - Машина Атвуда

стойку со шкалой, на верхнем конце которой расположен легкий блок (m0 = 20г), вращающийся с небольшим трением. Через блок перекинута нить, на концах которой крепятся грузы разной массы. Под действием силы тяжести система связанных грузов начинает двигаться равноускоренно.

Считая нить невесомой и нерастяжимой, составим уравнения движения всех тел системы, исходя из направления сил, приложенных к телам (рисунок 2).

gif" name="object1" align=absmiddle width=145 height=114> (1)



Рисунок 2 - Схема сил, действующих на блок и грузы


Учтем также, что линейное ускорение связано с угловым ускорением , момент инерции блока (диска) равен , а момент силы трения при вращении диска .

Подставляя эти соотношения в систему уравнения (1) и решая ее, получим:

.

Видно, что сила трения вращающегося блока уменьшает ускорение системы, но так как эта сила постоянная, то ускорение зависит от разности масс m1 и m2. C помощью машины Атвуда можно получить различные законы механического движения в поле земного тяготения.

Равноускоренное движение грузов па машине Атвуда должно описываться известной формулой

.
ИЗМЕРЕНИЯ
Упражнение 1. Проверка формулы пути
Грузы поставьте в начальное положение, один из грузов (m2) выше другого (m1) вблизи дисков. После чего на этот груз положите перегрузок, опустите и засеките время по секундомеру.

При достижении грузом на нити отметок фиксируйте время прохождения им расстояния (S). Опыт повторите два раза. Затем проведите измерения для других перегрузов. Изменяя положение нити фиксируемой отметки, получите для шести разных расстояний (S), время (t), определяемое как среднее из трех измерений для каждого перегрузка при одном и том же значении S. Результаты всех опытов занесите в таблицу 1.

Таблица 1 - Результаты всех опытов (m - масса перегрузка)


S, м

, м

m, кг

t1, с

t2, с

, c

a, м/с2

<a>, м/с2

S1




∆m1
















S2




∆m1
















S3




∆m1
















S4




∆m1
















S5




∆m1
















S6




∆m1
















S1




∆m2
















S2




∆m2
















S3




∆m2
















S4




∆m2
















S5




∆m2
















S6




∆m2
















S1




∆m3
















S2




∆m3
















S3




∆m3
















S4




∆m3
















S5




∆m3
















S6




∆m3

















Постройте график зависимости = f(t).
Упражнение 2. Проверка второго закона Ньютона
Если перекладывать добавочные грузы с одной стороны на другую, то масса всей системы не изменится, но результирующая внешняя сила, приложенная к системе, будет меняться, а с ней и ускорение движения систем. Для двух различных случаев будем иметь:

, , , .

Делением этих выражений соответственно получим:

и ,

откуда следует

Это выражение подлежит проверке, проводимой так же, как и в упражнении 1.

Сначала на нижний груз m1 кладут, например, 1 г, а на верхний - 3 г, что делает F1=2·10-2 H. Определяют при таком расположении перегрузов несколько значений S1 и t1 (при различных значениях S1). После этого все 4 г накладывают на верхний груз m2, что делает F2=4·10-2 Н (масса всей системы при этом остается неизменной), и снова определяют несколько значений S2 и t2. Все выражения, типа должны быть примерно равны между собой и в данном случае равны, что и является проверкой второго закона Ньютона.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ
1. Дайте определение момента силы, момента инерции линейных, угловых скоростей и ускорений.

2. Определите связь между линейными и угловыми характеристиками движения.

3. Как оценить из опыта выполнение основного закона равноускоренного движения?

4. Как изменится ускорение всей системы, если увеличить массу основных грузов, (не изменяя массу перегрузков и сил трения)?

5. Постройте зависимость а = f(mg). Почему отрезок на оси абсцисс, отсекаемый зависимостью, равен силе трения?

6. Будет ли двигаться система грузов, если сила трения будет больше веса перегрузка?
Лабораторная работа №2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА
Цель работы: изучить два метода определения момента инерции системы тел и сравнить полученные результаты.

Оборудование: системы вращающихся тел (маятник Обербека), набор грузов, технические весы с разновесами, штангенциркуль, секундомер, масштабная линейка.

Описание установки и метода измерения

На рисунке 3 показан специальный прибор, называемый маятником Обербека. Основной частью прибора являются четыре стержня-спицы (2), которые жестко скреплены со шкивом (1) и расположены под прямым углом друг к другу. По стержням можно перемещать одинаковые по массе муфты (3). На шкив наматывается нить (4), один конец которой прикреплен к шкиву, к другому - прикрепляется груз, приводящий маятник Обербека во вращательное движение.

Момент инерции тела является мерой его инертности при вращательном движении и характеризует распределение массы тела относительно оси вращения. Момент инерции материальной точки относительно оси вращения равен произведению ее массы на квадрат расстояния до этой оси:

I=mr2. (2)


Рисунок 3 - Маятник Обербека:

а) внешний вид установки; б) схема действия сил


Момент инерции твердого тела относительно оси вращения определяется выражением

. (3)

Второй метод определения момента инерции основан на использовании второго закона Ньютона. Применяя этот закон (рисунок 3) для поступательного движения груза (m) и вращения маятника запишем:

(4)

где а - ускорение груза m; ε - угловое ускорение маятника Обербека.

Решая систему уравнений (4) относительно момента инерции (I), учитывая зависимости линейного ускорения от высоты и его связь с угловым ускорением, получим:

. (5)
  1   2   3   4   5

Похожие:

Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам
Дискретная математика: Методические указания к лабораторным работам / Рязанская государственная радиотехническая академия; Сост....
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ»
Методические указания к лабораторным работам «спектрофотометрический анализ» по спецкурсу «оптические методы анализа» для студентов...
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам №1,2,3,4 для студентов 3-го курса физико-технического факультета Екатеринбург 2000
Механика сплошных сред: Методические указания к лабораторным работам для студентов 3-го курса физико-технического факультета
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам для студентов Казань 2004 Составители: М. Г. Габидуллин, Д. С. Смирнов удк 691: 620
Проектирование составов и испытания тяжелых бетонов и строительных растворов. Методические указания к лабораторным работам по курсу...
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам по дисциплине «Моделирование систем» для студентов всех форм обучения специальности
Имитационное моделирование систем управления с помощью пакета программ vissim: Методические указания к лабораторным работам по дисциплине...
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания по планированию проектов с помощью «Microsoft Project»
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Управление проектами» для студентов и слушателей факультета «Инженерный...
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам по дорожно-строительным материалам для студентов 2-3 курсов специальностей 2910, 2904
Методические указания предназначены для студентов специальностей 2910 «Автомобильные дороги» и2904 «Эксплуатация дорог и организация...
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей
Древесина методические указания к лабораторным работам для студентов строительных специальностей
Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconМетодические указания к лабораторным и контрольным работам для студентов по направлению 220400

Механика методические указания к лабораторным работам по физике для бакалавров Челябинск 2007 Методические указания к лабораторным работам по механике предназначены для бакалавров, обучающихся на втором курсе iconДепартамент научно-технологической политики и образования
Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Теоретические основы прогрессивных технологий» (физика) предназначены...
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org