ДВИЖЕНИЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОСТОЯННОЙ СИЛЫ

⇐ Назад

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.1, §8, 9, 13, 15, 17). Запустите программу «Открытая физика». Выберите «Механика» и «Движение по наклонной плоскости». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения, необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ еще раз)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

* Выбор физической модели для анализа движения тела.

* Исследование движения тела под действием постоянной силы.

* Экспериментальное определение свойств сил трения покоя и движения.

*Определение массы тела.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

ДИНАМИКА - часть механики, изучающая связь движения тела с причинами, которые его вызвали.

ДИНАМИЧЕСКИЕ характеристики это такие характеристики движения, быстрота изменения которых (производная по времени) пропорциональна определенной характеристике внешнего воздействия. Одной из динамических характеристик движения МТ является импульс .

МАССА m есть количественная характеристика инертности тела.

ИНЕРТНОСТЬ есть свойство тела противиться попыткам изменить его состояние движения.

ДИНАМИЧЕСКОЕ УРАВНЕНИЕ для импульса (иногда его называют «уравнением движения тела» или «вторым законом Ньютона») . Словесная формулировка: «быстрота изменения импульса определяется суммой всех сил, действующих на тело».

ВТОРОЙ ЗАКОН НЬЮТОНА есть следствие динамического уравнения для импульса тела с постоянной массой и имеет вид .

СИЛА ТРЕНИЯ СКОЛЬЖения возникает при соприкосновении двух поверхностей тел и наличии движения одной поверхности относительно другой.

СВОЙСТВА силы трения скольжения:

· направлена против скорости,

· не зависит от величины скорости,

· пропорциональна величине силы N, прижимающей по нормали одно тело к поверхности другого .

СИЛА ТРЕНИЯ покоя возникает при соприкосновении поверхностей двух тел и наличии составляющей силы, приложенной к одному из тел, направленной вдоль поверхностей и стремящейся вызвать движения (СВД) данного тела вдоль поверхности другого.

Не изображены сила тяжести и сила реакции опоры (подумайте, где каждая приложена и как направлена)

СВОЙСТВА силы трения покоя · направлена против составляющей силы СВД, · равна (до определенного порога) по величине составляющей силы СВД, · имеет максимальное значение, максимальное значение силы трения покоя пропорционально величине силы N, сжимающей поверхности по нормали

ЗАДАНИЕ: Выведите формулу для нормированного ускорения кубика (a/g) в данной ЛР и для ускорения свободного падения на большой высоте h над поверхностью Земли.

УКАЗАНИЯ: Выпишите формулу для второго закона Ньютона. Подставьте в нее все реальные силы, действующие на кубик. Спроектируйте полученное векторное уравнение на вертикальную и горизонтальную оси. Решите систему уравнений и, разделив слева и справа на mg, найдите нормированное ускорение.

МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регуляторы и другие основные элементы.

Зарисуйте поле движения тела с регуляторами соответствующих параметров (укажите, что они регулируют).

Щелкните мышью кнопку «Старт» в верхнем ряду кнопок.

Внимательно рассмотрите картинку на экране монитора. Нажав мышью, снимите метку около надписи «Тело закреплено». Установите с помощью движков регуляторов

1. угол наклона плоскости, равный нулю,

2. значение внешней силы, равное нулю.

3. первое значение коэффициента трения, указанное в таблице 1 для вашей группы.

Нажимая мышью на кнопку регулятора внешней силы на экране монитора, следите за движением квадратика на оси силы графика силы трения (справа вверху) и за поведением кубика. Потренируйтесь, устанавливая новое значение внешней силы после завершения движения кубика и снимая фиксацию (убирая метку).

Приступайте к измерениям, начиная со значений внешней силы 1 Н и изменяя ее 1 Н. Выставив значение силы, снимайте фиксацию и наблюдайте поведение кубика. Величину силы трения и ускорения определяйте по таблице вверху экрана. Результаты измерений силы трения и ускорения записывайте в таблицу 2, образец которой приведен ниже. Повторите измерения для трех других коэффициентов трения, значения которых указаны в таблице 2.

Таблица 1. Значения коэффициентов трения покоя(не перерисовывать)

Номер группы	m (кг)	m₁	m₂	m₃
	2.2	0.08	0.13	0.18
	2.4	0.07	0.12	0.17
	2.6	0.06	0.11	0.16
		0.05	0.10	0.15
	2.9	0.05	0.10	0.15
	2.7	0.06	0.11	0.16
	2.5	0.07	0.12	0.17
	2.1	0.08	0.13	0.18

Таблица 2. Результаты измерений (количество измерений и строк = 8)

Номер измерения	m₁=___	m₂=___	m₃=___
F (Н)	F_ТР (Н)	a (м/с²)	F (Н)	F_ТР (Н)	a (м/с²)	F (Н)	F_ТР (Н)	a (м/с²)


...
m(кг)

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА:

Постройте на одном чертеже графики зависимости силы трения от внешней силы и ускорения от внешней силы.

По наклону графика a = f(F) определите значение m, используя формулу

Вычислите среднее значение m и абсолютную ошибку среднего значения m.

Вопросы и задания для самоконтроля

1. Что изучает динамика?

2. Дайте определение динамической характеристики движения?

3. Что такое динамическое уравнение?

4. Что такое масса?

5. Что такое инертность?

6. Дайте определение импульса.

7. Сформулируйте свойство аддитивности импульса.

8. Напишите динамическое уравнение для импульса.

9. Что такое сила?

10. Сформулируйте принцип суперпозиции сил.

11. Что такое взаимодействие?

12. Сформулируйте третий закон Ньютона.

13. Сформулируйте условия, при которых ускорение прямо пропорционально силе.

14. Запишите формулу второго закона Ньютона при условии, что массу МТ можно считать постоянной.

15. Напишите формулу для вычисления скорости тела по заданной силе.

16. Напишите формулу для определения закона движения тела по заданной силе.

17. При каких условиях возникает сила трения скольжения?

18. Как направлена сила трения скольжения?

19. Напишите соотношение, определяющее величину силы трения скольжения.

20. Сформулируйте условия, при которых возникает сила трения покоя.

21. Как направлена сила трения покоя?

22. Чему равна величина силы трения покоя?

23. Напишите формулу, определяющую максимальное значение силы трения покоя.

24. Запишите формулу закона всемирного тяготения.

25. Запишите выражение для силы тяжести.

26. Выведите формулу для ускорения свободного падения на поверхности Земли g₀.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

УПРУГИЕ И НЕУПРУГИЕ УДАРЫ

Ознакомьтесь с конспектом лекций и учебником (Савельев, т.1, § 27, 28). Запустите программу «Открытая физика». Выберите «Механика» и «Упругие и неупругие соударения». Нажмите вверху внутреннего окна кнопку с изображением страницы. Прочитайте краткие теоретические сведения. Необходимое запишите в свой конспект. (Если вы забыли, как работать с системой компьютерного моделирования, прочитайте ВВЕДЕНИЕ еще раз)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

* Выбор физических моделей для анализа взаимодействия двух тел.

* Исследование физических характеристик, сохраняющихся при столкновениях.

* Экспериментальное определение зависимости тепловыделения при неупругом столкновении от соотношения масс при разных скоростях.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

СТОЛКНОВЕНИЕ (удар, соударение) - модель взаимодействия двух тел, длительность которого равна нулю (мгновенное событие). Применяется для описания реальных взаимодействий, длительностью которых можно пренебречь в условиях данной задачи.

АБСОЛЮТНО УПРУГИЙ УДАР - столкновение двух тел, после которого форма и размеры сталкивающихся тел восстанавливаются полностью до состояния, предшествовавшего столкновению. Суммарные импульс и кинетическая энергия системы из двух таких тел сохраняются (после столкновения такие же, какими были до столкновения):

; .

АБСОЛЮТНО НЕУПРУГИЙ УДАР - столкновение двух тел, после которого форма и размеры тел не восстанавливаются, тела «слипаются» и движутся как одно целое с одной скоростью. Суммарный импульс двух неупруго сталкивающихся тел сохраняется, а кинетическая энергия становится меньше, так как часть энергии переходит в конечном итоге в тепловую:

, .

Используя определение импульса и определение абсолютно неупругого удара, преобразуем закон сохранения импульса, спроектировав его на ось ОХ, вдоль которой движутся тела, в следующее уравнение: