Лабораторная работа №13
(по физике)
Факультет: ИРТ
Группа: Т28-120
Выполнил: Дымов В. В.
Проверил:
Уфа – 2002
1. Цель работы: Изучение закона сохранения механической энергии и проверка его справедливости с помощью маятника Максвелла.
2. Приборы и принадлежности: маятник Максвелла.
- Основание
- Регулируемые ножки
- Колонка, миллиметровая шкала
- Неподвижный нижний кронштейн
- Подвижный кронштейн
- Электромагнит
- Фотоэлектрический датчик №1
- Вороток для регулирования длины бифилярной подвески маятника
- Фотоэлектрический датчик №2
- Маятник
- Заменные кольца
- Миллисекундомер
3. Таблица с результатами измерений и вычислений
3.1 Результаты измерений
t, сек | m, кг | hmax, м | tcp, с | J, кг*м2 | a, м/с2 |
t1=2,185 t2=3,163 t3=2,167 | mд=0,124 mо=0,033 mк=0,258 m=0,425 | hmax=0,4025 | tср=2,1717 tср=2,171±0,008 | J=7,368*10-4 | a=0,1707 a=0,1707±0,001 |
3.2 Результаты опытов
№ опыта | t, сек | h, м | En, Дж | DEn, Дж | Ek, Дж | DEk, Дж |
1 | t’=1,55 | h’=0,205 | En’=0,8337 | DEn’=2,8138*10-2 | Ek’=1,288 | - |
2 | t’’=0 | h’’=0,4025 | En’’=2,1216 | - | Ek’’=0 | - |
3 | t’’’=2,1717 | h’’’=0 | En’’’=0 | - | Ek’’’=2,1219 | - |
4. Расчет результатов измерений и погрешностей
|
|
4.1. Прямое измерение времени полного падения маятника
t1=2,185c.
t2=3,163c.
t3=2,167c.
4.2. Расчет среднего времени полного падения
4.3. Расчет ускорения поступательного движения маятника
l=0,465м – длина нити
R=0,0525м – радиус кольца
h=l-R-0,01м=0,4025м – путь при падении маятника
4.4. Расчет высоты положения маятника в момент времени t’
;
; ;
v’ – скорость поступательного движения в момент времени t’
- скорость вращательного движения оси маятника в момент времени t’
r=0,0045м – радиус оси маятника
4.5. Вычисление момента инерции маятника
J0 – момент инерции оси маятника
m0=0,033кг – масса оси маятника
D0= – диаметр осимаятника
Jд – момент инерции диска
mд=0,124кг – масса диска
Dд= – диаметр диска
Jк – момент инерции накладного кольца
mк=0,258кг – масса накладного кольца
Dк=0,11м – диаметр накладного кольца
4.6. Вычисление потенциальной энергии маятника относительно оси, проходящей вдоль оси
маятника, при положении в момент времени t’
4.7. Вычисление кинетической энергии маятника в момент времени t’
-кинетическая энергия поступательного движения
-кинетическая энергия вращательного движения
4.8. Расчет погрешности прямых измерений
4.9. Расчет погрешностей косвенных измерений
5. Конечные результаты:
6. Вывод:
Полная механическая энергия маятника в некоторый момент времени равна E=En+Ek
Для опыта №1: E’=En’+Ek’=0,8337Дж+1,288Дж=2,1217Дж
Для опыта №2: E’’=En’’+Ek’’=2,1216Дж+0=2,1216Дж
Для опыта №3: E’’’=En’’’+Ek’’’=0+2,1219Дж=2,1219Дж
|
|
Из данных опытов следует, что (разница в 10-3Дж обусловлена несовершенством измерительных приборов), следовательно, закон сохранения полной механической энергии верен.