Лабораторная работа по физике (Вариант 28)

Бланк выполнения лабораторной работы № 1 «Движение под действием постоянной силы» Цель работы: Исследование движения тела под действием постоянной силы. Выбор изической и компьютерной моделей для анализа движения тела. Экспериментальное определение свойств сил трения покоя и движения. Определение массы тела. Таблица 2 Результаты измерений для m = 2 кг График зависимости силы трения от внешней силы для коэффициента трения μ_1=0,1 Вывод: при коэффициенте трения равном 0,1 сила трения покоя меняется от 0 Н до 2 Н, сила трения скольжения равна 2 Н. График зависимости силы трения от внешней силы для коэффициента трения μ_2=0,2 Вывод: при коэффициенте трения равном 0,2 сила трения покоя меняется от 0 Н до 3,9 Н, сила трения скольжения равна 3,9 Н. График зависимости силы трения от внешней силы для коэффициента трения μ_3=0,3 Вывод: при коэффициенте трения равном 0,3 сила трения покоя меняется от 0 Н до 5,9 Н, сила трения скольжения равна 5,9 Н. График зависимости ускорения тела от внешней силы для коэффициента трения μ_1=0,1: По графику определим значение массы m1 по формуле m_1=¬¬¬¬2 кг График зависимости ускорения тела от внешней силы для коэффициента трения μ_2=0,2: По графику определим значение массы m2 по формуле m_2=2 кг График зависимости ускорения тела от внешней силы для коэффициента трения μ_3=0,3: По графику определим значение массы m3 по формуле m_3=2 кг Среднее значение массы 〈m〉=2 кг Ошибка среднего значения m: ∆m=0 кг Вывод: в ходе эксперимента получено, следующее значение массы: m=2±0 кг Во трех случаях (измерениях при трех различных коэффициентах трения) значение массы получилось одинаковым и совпадающим с теоретическим значением, что привело к нулевой погрешности. Нулевая погрешность связана с модельностью эксперимента, которая позволила провести эксперимент в идеальных условиях с идеальными измерительными приборами, однако при реальных измерениях погрешность будет отлична от нуля. Бланк выполнения лабораторной работы №2 «Упругие и неупругие удары» 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. Зарисовка модели «Упругие и неупругие соударения» Эксперимент 1. Абсолютно упругий удар Проведем измерения v_1x^после и v_2x^после для абсолютно упругого удара тележек и запишем данные в таблицу 2. Таблица 2 Результаты измерений и расчетов для абсолютно упругого удара Рассчитаем кинетические энергии системы до и после соударения по формулам E_k^до=(m_1 (v_1x^до )^2)/2+(m_2 (v_2x^до )^2)/2 E_k^после=(m_1 (v_1x^после )^2)/2+(m_2 (v_2x^после )^2)/2 Полученные значения занесем в таблицу 2. Вывод: кинетические энергии системы до и после соударения равны, таким образом, при абсолютно упругом ударе кинетическая энергияя системы сохраняется. Эксперимент 2. Абсолютно неупругий удар (v_1x^до=-v_2x^до) Вывод формулы для относительной величины тепловой энергии δ при v_1x^до=-v_2x^до. Относительная величина тепловой энергиии равна отношению тепловой энергии к полной энергии системы: δ=E_тепл/E_полн =E_тепл/(E_k1^до+E_k2^до ) Если v_1x^до=-v_2x^до=v, то E_k1^до=(m_1 v^2)/2,E_k2^до=(m_2 v^2)/2 По закону сохранения импульса для неупругого удара имеем: m_1 v-m_2 v=(m_1+m_2 ) v^после=>v^после=(m_1-m_2 )v/((m_1+m_2 ) ) Тогда E_тепл=E_k1^до+E_k2^до-E_k^после=(m_1 v^2)/2+(m_2 v^2)/2-((m_1+m_2 ))/2 ((m_1-m_2 )v/((m_1+m_2 ) ))^2 E_тепл=v^2/2 [m_1+m_2-(m_1-m_2 )^2/((m_1+m_2 ) )]=v^2/2 〖(m_1+m_2 )^2-(m_1-m_2 )〗^2/((m_1+m_2 ) )= =v^2/2 ((m_1+m_2-m_1+m_2)(m_1+m_2+m_1-m_2))/((m_1+m_2 ) )=v^2/2 (4m_2 m_1)/((m_1+m_2 ) ) E_тепл=(2m_2 m_1 v^2)/((m_1+m_2 ) ) Тогда, δ=E_тепл/(E_k1^до+E_k2^до )=(4m_2 m_1 v^2)/((m_1+m_2 )^2 v^2 )=(4m_2 m_1)/(m_1+m_2 )^2 Пусть ξ=m_1/m_2 , тогда δ=4ξ/〖(1+ξ)〗^2 . Проведем измерения v_x^после и расчет ξ, E_k^до и E_k^после для абсолютно неупругого удара тележек при v_1x^до=-v_2x^до и запишем данные в таблицу 3. Таблица 3 Результаты измерений и расчетов для абсолютно неупругого удара Рассчитаем δ_изм по формуле δ_изм=(E_k^до-E_k^после)/(E_k^до ) Рассчитаем δ_расч по выведенной формуле и внесем значения в таблицу 3. Построим график зависимости δ(ξ). Вывод: при абсолютно неуругом ударе часть кинетической энергии переходит в тепловую. При равных по модулю и противоположных по направлению начальных скоростях, относительная величина тепловой энергии не зависит от скоростей, а зависит только от масс, о чем свидетельствует полученная расчетная формула: δ=4ξ/〖(1+ξ)〗^2 , ξ=m_1/m_2 . Визуальное расчетных и экспериментальных графиков зависимости δ(ξ), подтверждает, что теоретическая зависимость верна. Не совпадение величины δ расчетной и измереной при некоторых ξ связано с ошибкой округления измеренных значений, так, например, скорость после столкновения при m2=2 кг, программой округляется до 0,3 (м/с), хотя на самом деле она равна 1/3 м/с. Несмотря на это, визуальное согласие двух графиков все равно прослеживается. Эксперимент 3. Абсолютно неупругий удар при m1 = m2. Вывод формулы для относительной величины тепловой энергии δ при m1 = m2 Относительная величина тепловой энергиии равна отношению тепловой энергии к полной энергии системы: δ=E_тепл/E_полн =E_тепл/(E_k1^до+E_k2^до ) Если 〖m 〗_1= 〖m 〗_2=m, то E_k1^до=(mv_1^2)/2,E_k2^до=(mv_2^2)/2 По закону сохранения импульса для неупругого удара имеем: mv_1+mv_2=2mv^после=>v^после=(v_1+v_2 )m/2m=((v_1+v_2 ))/2 Тогда E_тепл=E_k1^до+E_k2^до-E_k^после=(mv_1^2)/2+(mv_2^2)/2-2m/2 (((v_1+v_2 ))/2)^2= =m/2 [v_1^2+v_2^2-(v_1+v_2 )^2/2]=m/4 [2v_1^2+〖2v〗_2^2-v_1^2-2v_1 v_2-v_2^2 ]= =(m(v_1-v_2 )^2)/4 Тогда, δ=E_тепл/(E_k1^до+E_k2^до )=(2m(v_1-v_2 )^2)/(4m(v_1^2+v_2^2))=(v_1-v_2 )^2/(2(v_1^2+v_2^2)) Пусть β=v_2/v_1 , тогда δ=(1-β)^2/(2(1+β^2)). 2. Проведем измерения v_x^после и расчет β, E_k^до и E_k^после для абсолютно неупругого удара тележек при m1 = m2 и запишем данные в таблицу 4. Таблица 4 Результаты измерений и расчетов для абсолютно неупругого удара δ_изм=(E_k^до-E_k^после)/(E_k^до ) 4. Рассчитаем δ_расч по выведенной формуле и внесем значения в таблицу. 5. Построим график зависимости δ(β). 6. Вывод: при абсолютно неуругом ударе часть кинетической энергии переходит в тепловую. При равных массах соударяющихся тел, относительная величина тепловой энергии не зависит от масс, а зависит только от скоростей, о чем свидетельствует полученная расчетная формула: δ=(1-β)^2/(2(1+β^2)),β=v_2/v_1 . Измеренные и расчетные значения относительной величины тепловой мощности совпадают в каждой точке,о чем также свидетельствует визуальное совпадение расчетных и экспериментальных зависимостей δ(ξ).