Главная >> Физика 10 класс. Мякишев

Лабораторные работы

№ 1. Изучение движения тела по окружности

Цель работы

Определить центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по окружности.

Теоретическая часть

Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить АВ, к которой прикреплён шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. Из кинематических соотношений следует, что аn = ω²R = 4π²R/T².

На шарик действуют две силы: сила тяжести m и сила натяжения нити (рис. Л.2, а). Согласно второму закону Ньютона m = m + . Разложив силу на составляющие ₁ и ₂, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх, второй закон Ньютона запишем следующим образом: m = m + ₁ + ₂. Тогда можно записать: mа_n = F₁. Отсюда а_n = F₁/m.

Модуль составляющей F₁ можно определить, пользуясь подобием треугольников ОАВ и F₁FB: F₁/R = mg/h (|m| = |₂|). Отсюда F₁ = mgR/h и a_n = gR/h.

Сопоставим все три выражения для а_n:

а_n = 4 π²R/T²,     а_n =gR/h,     а_n = F₁/m

и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, примерно одинаковы.

Оборудование

Штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Порядок выполнения работы

1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива (рис. Л.2, б).

3. Начертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.

6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает заданное число (например, в интервале от 30 до 60) оборотов.

7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем h ≈ l).

8. Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам

9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей ₁.

Затем вычислите ускорение по формуле

10. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу 3.

Сравнивая полученные три значения модуля центростремительного ускорения, убеждаемся, что они примерно одинаковы.