Сборник лабораторных работ по механике

	Лабораторная работа № 1 Законы сохранения в механике

При механических взаимодействиях тел выполняются механические законы сохранения:

1. В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами

,

где  -импульсы поступательно движущихся тел системы.

2. В замкнутой системе тел суммарный момент импульса системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами

,

где  - моменты импульса вращающихся тел системы.

3. В замкнутой системе тел полная механическая энергия остается постоянной, если взаимодействия между телами происходит с помощью силы гравитации или упругости (но не силы трения)

Целью данной работы является лабораторная проверка выполнения механических законов сохранения и определение некоторых физических величин с помощью этих законов. При этом необходимо всегда иметь в виду, что при механическом движении всегда действуют силы трения и сопротивления. Поэтому потери механической энергии (переход ее во внутреннюю энергию) неизбежны. Но, учитывая работу сил трения, в любом случае можно применить общий закон сохранения энергии:

E₁ = E₂ + A_тр

Задание 1. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью машины Атвуда

Оборудование: машина Атвуда с набором грузов и перегрузков, секундомер, линейка. Массы грузов, перегрузков и блока указаны в «паспорте» прибора.

Полная механическая энергия движущихся грузов в машине Атвуда равна сумме потенциальных и кинетических энергий грузов и вращающегося блока

Е = Е_п1 + Е_к1 +Е_п2 + Е_к2 + К

– кинетическая энергия вращения блока, где  - момент инерции блока, w - угловая скорость его вращения.

Требуется проверить, что механическая энергия системы одинакова (остается постоянной) в любом положении (в любой момент времени движения). Вычисление энергий проводить с точностью до 0,001 Дж. Остальные указания должны быть понятны при изучении формы отчета к заданию. Погрешности измерений в этом задании не будем учитывать – при тщательном выполнении опытов они составляют не более 5 %.

Ответе на вопросы:

1.  Велик ли вклад в общую энергию системы кинетической энергии блока? Сколько максимально процентов он составляет по отношению полной энергии системы? Следовало ли вообще учитывать энергию вращения блока в данном опыте?

2.  Оцените в процентах потери механической энергии в «среднем» и «нижнем» положении по отношению к энергии «верхнего» положения.

3.  Сделайте вывод: «Выполняется ли с учетом потерь закон сохранения механической энергии в данном опыте? Можно ли применять этот закон к системам, подобным машине Атвуда?».

Задание 2. Применение закона сохранения энергии для определения коэффициента трения

Оборудование: линейка-желоб (наклонная плоскость), подставка для наклонной плоскости, позволяющая регулировать угол ее наклона, шайба (шашка), измерительная линейка.

Задание состоит из двух частей:

1.  Сначала надо определить коэффициент трения m₁шайбы о металлическую линейку-желоб. Это можно сделать, например, путем подбора такого угла наклона плоскости, при котором шайба равномерно скользит по ее поверхности.

2. 

h

L

S1

S2

Затем необходимо определить коэффициент трения m₂ шайбы по поверхности стола, на котором установлена наклонная плоскость. Для вывода расчетной формулы необходимо применить закон сохранения механической энергии с учетом работы сил трения. В этом опыте шайба, конечно, должна соскальзывать с наклонной плоскости с некоторым ускорением.

Задание 3. Проверка закона сохранения импульса

Оборудование: наклонный лоток на штативе ,два шарика, лист белой бумаги, листы копировальной бумаги.

В задании необходимо экспериментально доказать, что при ударе тел (шариков) закон сохранения импульса выполняется в векторной форме. Шар массой m₂ размешается на краю лотка так, чтобы удар был «косым». Шар массой m₁ скатывается с вершины лотка. Отчет представляет собой «отпечаток» мест падения шариков с вычерченным параллелограммом импульсов тел с соответствующими обозначениями. Следует, естественно, проверить полученную фигуру на «параллеграммность». Наблюдаемые отклонения необходимо объяснить.

	Лабораторная работа № 2 ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ В МЕХАНИКЕ

 

 

При механических взаимодействиях тел выполняются механические законы сохранения:

1. В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным, какие бы силы не действовали между телами

,

где  -импульсы поступательно движущихся тел системы.