Лабораторная работа Изучение закона сохранения механической энергии
Лабораторная работа
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Цель работы: экспериментально установить, что полная механическая энергия замкнутой системы остается неизменной, если между телами действуют только силы тяготения и упругости.
Оборудование: прибор для демонстрации независимости действия сил; весы, гири, линейка измерительная; отвес; белая и копировальная бумага; штатив для фронтальных работ.
Содержание работы.
Установка для опыта показана на рисунке. При отклонении стержня А от вертикального положения шар на его конце поднимется на некоторую высоту h относительно начального уровня. При этом система взаимодействующих тел «Земляшар» приобретает дополнительный запас потенциальной энергии
·Ep = mgh.
Если стержень освободить, то он возвратится в вертикальное положение, где будет остановлен специальным упором. Считая силу трения очень малой, можно принять, что во время движения стержня на шар действуют только гравитационные силы и силы упругости. На основании закона сохранения механической энергии можно ожидать, что кинетическая энергия шара в момент прохождения исходного положения будет равна изменению его потенциальной энергии: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]
Вычислив кинетическую энергию шара и изменение его потенциальной энергии, и сравнив полученные результаты, можно экспериментально проверить закон сохранения механической энергии. Чтобы вычислить изменение потенциальной энергии шара, нужно определить его массу тна весах и измерить с помощью линейки высоту h подъема шара.
Для определения кинетической энергии шара необходимо измерить модуль его скорости
·. Для этого прибор укрепляют над поверхностью стола, отводят стержень с шаром в сторону до высотыH + h и затем отпускают. При ударе стержня об упор шар соскакивает со стержня.
Скорость шара во время падения изменяется, однако горизонтальная составляющая скорости остается неизменной и равной по модулю скорости
· шара в момент удара стержня об упор. Поэтому скорость
· шара в момент срыва со стержня можно определить из выражения
V= l / t , где l дальность полета шара, t время его падения.
Время t свободного падения с высоты H (см. рис. 1) равно: [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ], поэтому
V= l/
· 2Н/g. Зная массу шара, можно найти его кинетическую энергию: Eк = mv2/2 и сравнить ее с потенциальной энергией.
Порядок выполнения работы
1. Укрепите прибор в штативе на высоте 2030 см над столом, как показано на рисунке. Наденьте шар отверстием на стержень и сделайте предварительный опыт. На месте падения шара закрепите липкой лентой лист белой бумаги и накройте его листом копировальной бумаги.
3. Надев снова шар на стержень, отведите стержень в сторону, измерьте высоту подъема шара h по отношению к первоначальному уровню и отпустите стержень. Сняв лист копировальной бумаги, определите расстояние l между точкой на столе под шаром в его начальном положении, найденной по отвесу, и отметкой на листе бумаги в месте падения шара.
4. Измерьте высоту шара над столом в начальном положении. Взвесьте шар и вычислите изменение его потенциальной энергии
·Ep и кинетическую энергию Ек в момент прохождения шаром положения равновесия.
5. Повторите опыт при двух других значениях высоты h и сделайте измерения и вычисления. Результаты занесите в таблицу.
6. Оцените абсолютные погрешности измерений потенциальной и кинетической энергии шара в ваших опытах.
7. Сравните значения изменений потенциальной энергии шара с его кинетической энергией и сделайте вывод о результатах вашего эксперимента
Выполнение работы
№
опыта
m,
кг
H,
м
·Ep = mgh,
Дж
l,
м
H,
м
V=l/
·2Н/g, м/с
[ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ] , Дж
1
2
3
Расчеты:
Вывод:
Контрольные вопросы.
Какие потери энергии не учитываются при выполнении данной работы?
Как объяснить, что при расчете модуля скорости шара были использованы уравнение равномерного движения l =
·t и уравнение равноускоренного движения [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть картинку ]?
3. При каких условиях применим закон сохранения механической энергии?