Реферат: МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ МЕХАНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА


--PAGE_BREAK--Перемножив все эти равенства, получим


<img width=«286» height=«61» src=«ref-1_549532511-686.coolpic» v:shapes="_x0000_i1054">

Откуда
<img width=«69» height=«51» src=«ref-1_549533197-267.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055">                  (24)
Частично упругий удар сопровождается, как известно, диссипаци­ей (рассеянием) энергии: часть механической энергии переходит в другие вида энергии — энергию остаточной деформации и внутреннюю (тепловую) энергию. Энергию диссипации Еg одного шара, относя­щуюся к одному соударению, можно выразить через коэффициент вос­становления К. Для этого запишем закон сохранения энергии для, частично упругого удара двух одинаковых    шаров:
<img width=«235» height=«44» src=«ref-1_549533464-549.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056">

Учитывая, что <img width=«203» height=«27» src=«ref-1_549534013-424.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> 

получим
<img width=«132» height=«24» src=«ref-1_549534437-258.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058">

Откуда

<img width=«131» height=«44» src=«ref-1_549534695-352.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">

Учитывая (18), (21), имеем

<img width=«155» height=«45» src=«ref-1_549535047-375.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">   (25)
Описание лабораторной установки

На лабораторной установке (рис. 3) два стальных шара располо­жены на бифилярных подвесах, что обеспечивает их взаимодействие в одной плоскости. Шары удерживаются в отклоненном положении двумя электромагнитами (ЭМ), обмотки которых подключаются к источнику питания одним выключателем. Электромагниту могут перемещаться, их положение фиксируется винтами. Углы отклонения шаров от поло­жения равновесия отсчитываются по шкалам Ш в градусах. При отк­лючении питания электромагнитов шары начинают двигаться друг к другу под действием силы тяжести.

Порядок выполнения работы

1. Установить электромагниты так, чтобы шары были отклонены на одинаковый уголα0. Включить питание электромагнитов и отк­лонить шары так, чтобы они удерживались электромагнитами при натя­нутой нити. Измерить длину нити l.

2. Выключателем отключить питание электромагнитов и опреде­лить угол отклонения αn
после нескольких соударений (n= 2 – 5). Записать в таблицу измерений угол αnотклонения шаров после пос­леднего соударения и число соударений. Повторить опыт четыре раза и найти среднее значение αn.

3. Проделать операции, указанные в пп. 1, 2 пять раз для раз­ных значений начальных углов отклонения α0.Данные занести в таблицу.

4. Рассчитать по формуле (24) коэффициенты восстановления ско­рости К  для всех заданных начальных углов отклонения. Найти среднее значение К и погрешности метода его измерения.

5. Для всех значений начального угла отклонения, при которых определялся К , посчитать энергию диссипации по формуле (25). Найти погрешности.

6. Рассчитать скорость V шара в момент удара при всех значениях начального угла α0  по формуле (21).

7. По полученным данным, построить зависимость Еg (V).

Контрольные вопросы и задания

1. Что называется коэффициентом восстановления относительной скорости при ударе? Как он определяется в данной работе и от чего зависит?

2. Какие законы динамики выполняются при абсолютно упругом и неупругом ударах?

3. Что называется энергией диссипации?

4. Получите соотношение для определения энергии диссипации.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ГАЗА МЕТОДОМ КЛЕМАНА И ДЕЗОРМА

Цель работы

Определить экспериментально отношение молярных теплоемкостей газа при постоянном давлении и постоянном объеме и сравнить с теоретическим значением данного отношения, найденным из молекулярно-кинетической теории.

Приборы и принадлежности

Баллон с краном, водяной манометр, компрессор.
Теоретическое введение и описание лабораторной установки

На лабораторной установке (рис. 4) баллон 1 соединен с открытым V-образным водяным манометром 2. Рычажной край 3 через впускной-выпускной штуцер 4 позволяет сообщаться баллону через резиновую труб­ку 6 с нагнетающим насосом 5 или с атмосферой. В сосуд накачивают воздух до максимально допустимого давления. Через 2-3 мин темпера­тура воздуха в сосуде становится равной температуре окружающей сре­ды. Обозначим для первого данного состояния газа его удельный объем V1, давление P1, температуру Т1.

Далее, отсоединив трубку 6 от штуцера 4, быстро нажмем и от­пустим рычаг клапана, на мгновение, соединив баллон с окружающим воздухом. Практически сразу давление воздуха в баллоне станет рав­ным атмосферному. Процесс происходит быстро и его можно считать адиабатическим. Новый удельный объем воздуха — V2, давление — P2=P0 (атмосферное) и температура — Т2. Через 2-3 мин воз­дух в баллоне нагреется до комнатной температуры T3 = Т1, его давление будет P3, а удельный объем V3=V2 (ни масса, ни объем газа не меняются).

Переход из первого, состояния во второе (адиабатический про­цесс) описывается уравнением Пуассона
<img width=«129» height=«24» src=«ref-1_549535422-261.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">

где   <img width=«52» height=«48» src=«ref-1_549535683-171.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">
<img width=«263» height=«171» src=«ref-1_549535854-8314.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">

Сравнивая конечное, третье состояние газа с первым, ви­дим, что температура газа в этих состояниях одинакова, следователь­но, к этому переходу применим закон Бойля-Мариотта
P1V1=P2V2,            (27)
Решая систему двух уравнений ((26), (27)), можно определить γ. Для этого возведем второе уравнение в степень γ разделим его на первое уравнение:
<img width=«101» height=«48» src=«ref-1_549544168-369.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064">

Так как V2=V3, то <img width=«63» height=«48» src=«ref-1_549544537-231.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"> или  <img width=«84» height=«53» src=«ref-1_549544768-308.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">

Логарифмируя последнее выражение, получим

<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_549545076-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067"><img width=«151» height=«45» src=«ref-1_549545149-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">
Обозначим разность уровней жидкости в манометре в первом состоя­нии h1, а в третьем состоянии — h3. Тогда

P1=P0+h1, P3=P0+h3, (P2=P0)

Подставим значения  Р1, Р2, Р3 в соотношение (28):
<img width=«177» height=«45» src=«ref-1_549545569-540.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">
В данном случае h1 и h3 намного меньше  Р0, поэтому отноше­ние разности логарифмов можно заменить отношением разности чисел, т.е.
<img width=«135» height=«45» src=«ref-1_549546109-390.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">

Это дает расчетную формулу для нашего опыта

<img width=«120» height=«45» src=«ref-1_549546499-310.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071">
В молекулярно-кинетической теории молярные теплоемкости газа Сp и Сvопределяются через число степеней свобода молекулы i и универсальную газовую постоянную R
:

<img width=«155» height=«41» src=«ref-1_549546809-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">

Найдем их отношение

<img width=«140» height=«48» src=«ref-1_549547139-322.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">
В данном случае воздух не очищается от влаги и содержит боль­шое количество паров воды, поэтому число степеней свободы будет соответствовать трехатомным молекулам, т.е. i = 6.
Порядок выполнения работы

1. Вставить резиновую трубку 6 насоса в штуцер 4. Включить насос. Нажать и удерживать в нажатом положений рычаг клапана 3. Наблюдая по шкале манометра 2 за увеличением давления в баллоне 1, довести давление до показания уровня воды в левой трубке мано­метра примерно 20 см. Отпустить рычаг клапана.

2. Подождать 2-3 мин, пока температура в баллоне не уравняет­ся с температурой окружающего воздуха. Определить давление газа в баллоне по формуле h1=hл-hn, где и hn — высота уровня воды в левой и правой трубках манометра, соответственно. и hn, мм, определяются по шкале манометра.

3. Отсоединить трубку насоса 6 от штуцера 4. Быстро нажать и отпустить рычаг клапана 3 — уравнять давление воздуха в баллоне с давлением окружающего воздуха. Когда температура в баллоне уравняется с внешней температурой (примерно через 2-3 мин), определить давление паров воздуха в баллоне по формуле h3=hл — hn.

4. Повторить измерения h1 и  h3  пять раз, руководствуясь пп. 1-3. Вычислить средние значения давлений h1 и h3.

5. По формуле (29) определить отношение молярных теплоемкостей для средних значений давлений h1 и h3.

6. Определить теоретическое значение γ - по формуле (30).

7. Найти абсолютную и относительную погрешность метода измерений.

Контрольные вопросы и задания

1. Запишите и объясните первое начало термодинамики для изохорного, изобарного, изотермического и адиабатического процессов.

2. Что называют удельной и молярной теплоемкостью?

3. Какая из теплоемкостей СPили СVбольше и почему?

4. Объясните уравнение Р.Майера.

5. Что называют числом степеней свободы? Как это число связано с СP
, С
V
и γ?

6. Как и почему в опыте меняется температура газа в баллоне?

7. Запишите и объясните уравнения изотермы и адиабаты.

8. Нарисуйте на РV-диаграмме последовательно все процессы, происходящие с газом.

9. Получите рабочую формулу для определения отношения моляр­ных теплоемкостей γ.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ЭНТРОПИИ

Цель работы

Опытным путем установить зависимость изменения энтропии от теплоемкости тел при выравнивании температур тел в изолированной адиабатической термодинамической системе.

Приборы и принадлежности Калориметр, термометр, водомерный стакан, нагреватель, набор из шести: испытуемых тел: четыре железных с массами 50, 100, 150, 200 г, латунное и алюминиевое с массами 50 г каждое.
Теоретическое введение

Так же как и внутренняя энергия, энтропия является функцией состояния термодинамической системы. Если термодинамическая систе­ма получает в обратимом процессе количество теплоты δQпри тем­пературе Т, то отношение δQ/Tопределяет изменение энтропии dSсистемы, т.е.
<img width=«63» height=«41» src=«ref-1_549547461-215.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">
и. для обратимого процесса является полным дифференциалом. На прак­тике обычно интересуются только изменением энтропии, а не ее абсо­лютным значением.

Изменение энтропии системы можно найти, используя второе на­чало термодинамики
<img width=«177» height=«49» src=«ref-1_549547676-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">
где интеграл берется по пути термодинамического процесса между состояниями 1 и 2, где S1 и S2 — значения энтропии в этих состояниях. Знак равенства соответствует обратимому процессу, а знак неравенства — необратимому.

Второе начало термодинамики (31) утверждает, что при обрати­мом процессе изменение энтропии системы равно интегралу от <img width=«29» height=«45» src=«ref-1_549548117-154.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076"> между состояниями 1 и 2 по обратимому пути и больше этого интегра­ла по пути необратимому, т.е. в этом случае интеграл от <img width=«29» height=«45» src=«ref-1_549548117-154.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077"> не выражает изменение энтропии, а меньше его.

Представляет интерес изучение изменения энтропии в изолиро­ванной адиабатической системе.

Изменение энтропии в изолированной адиабатической системе при квазистатическом (обратимом) процессе равно нулю, так как <img width=«53» height=«21» src=«ref-1_549548425-149.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">, т.е.
<img width=«100» height=«49» src=«ref-1_549548574-310.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">
В случае необратимых процессов в изолированной адиабатической системе <img width=«24» height=«21» src=«ref-1_549548884-113.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">  также равно нулю, но изменение энтропии в та­кой системе уже нулю не равно и по формуле (31) для обратимых про­цессов не может быть вычислено. Это вычисление можно сделать, если учесть, что энтропия есть функция состояния системы и ее применение не зависит от характера пути процесса в системе, т.е. обратимого или необратимого. В этом случае для вычисления изменения энтропии можно воспользоваться любым квазистатическим (обратимым) процессом, переводящим систему из состояния 1 в 2, т.е.
<img width=«195» height=«49» src=«ref-1_549548997-468.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">
В случае выравнивания температуры от T1   до Т2   твердых и жидких тел в изолированной адиабатической системе этот реальный процесс можно заменить изобарическим квазистатическим (обратимым) переходом теплоты между телами. При изобарическом процессе
<img width=«107» height=«25» src=«ref-1_549549465-240.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">
где т - масса тела;   СР – удельная теплоемкости тела при постоянном давлении. Для характеристики теплоемкости тел исполь­зуется также и удельная теплоемкость при постоянном объеме – СV
.
У жидких и твердых тел разница между Ср и СVсравнительно мала, так что можно положить Ср ≈ СVи говорить просто об удель­ной теплоемкости жидких и твердых тел С . Нужно помнить, что удельная теплоемкость вещества   С   зависит от температуры, т.е. С = C(Т). Тогда изменение энтропии в этом процессе можно опре­делить
<img width=«308» height=«56» src=«ref-1_549549705-709.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">
В нашем случае вместо  C(Т) будем использовать среднее значе­ние удельной теплоемкости   С  в интервале температур от T1 до  Т2   и считать для этого температурного интервала среднее зна­чение удельной теплоемкости  С   величиной постоянной, тогда изменение энтропии будем  вычислять по формуле:
<img width=«204» height=«49» src=«ref-1_549550414-513.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">
В силу того, что энтропия аддитивна, полное изменение энтропии термодинамической системы можно найти, если просуммировать  изме­нения энтропии всех отдельных тел, входящих в состав этой системы, т.е.
<img width=«128» height=«45» src=«ref-1_549550927-335.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">
где S
-
изменение энтропии всей системы; n - число тел системы; S
i
— изменение энтропии одного из тел термодинамиче­ской системы.
    продолжение
--PAGE_BREAK--Согласно первому началу термодинамики


<img width=«181» height=«21» src=«ref-1_549551262-321.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">
сообщаемое термодинамической системе тепло <img width=«27» height=«21» src=«ref-1_549551583-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"> идет на измене­ние внутренней энергии системы d
U
и совершение системой работы <img width=«72» height=«21» src=«ref-1_549551698-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088"> над внешними телами. В случае твердого и жидкого тел все сообщаемое тепло идет на изменение внутренней энергии, а так как объемы этих тел при нагревании почти не изменяются, то работой расширения <img width=«72» height=«21» src=«ref-1_549551698-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089"> можно пренебречь, т.е.,   чем больше измене­ние энтропии в адиабатно-изолированной системе, тем большее коли­чество тепла необратимо переходит во внутреннюю энергию системы. Поэтому необратимые потери тепла, связанные с реальными необратимы­ми термодинамическими процессами в адиабатно-изолированных систе­мах, принято оценивать по изменению энтропии.

Если в калориметр, содержащий определенное количество воды при заданной  температуре, опустить нагретое тело, то произойдет теплообмен и установится общая температура. Сам калориметр поме­щен во внешний стакан, в результате чего система становится почти адиабатно-изолированной.

Термодинамическому равновесию адиабатической системы соответ­ствует состояние с максимумом энтропии, при этом температура вест частей системы в состоянии равновесия одинакова.

Изменение энтропии такой системы при выравнивании температу­ры погруженного тела и воды можно рассчитать по формулам (34) и (35). В состав исследуемой системы входят: испытуемое тело массой mTс удельной теплоемкостью СT  и начальной температурой Т0, вода калориметра массой с удельной теплоемкостью СВи начальной температурой Т0. После окончания процесса теплообмена установится температура Т.

При выравнивании температуры энтропия каждого из тел изменя­ется:
<img width=«173» height=«45» src=«ref-1_549552038-401.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090">

<img width=«225» height=«45» src=«ref-1_549552439-491.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">

<img width=«279» height=«45» src=«ref-1_549552930-567.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">
Учитывая аддитивность энтропии (35), можно записать

S
= ∆
S
1
+ ∆
S
2
+ ∆
S
3
.

Подставляя значения ∆S1, S2, S3, получим расчетную формулу изменения энтропии всей системы
<img width=«291» height=«45» src=«ref-1_549553497-607.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">

В данной работе

<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_549545076-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">mB

= 0,2 кГ; СВ = 4,18*103 Дж/кГ*град (при
t
=20º
C
);


С
T

(железо)= 460,5 Дж/кГ*град;


С
T

(латунь)= 376,7 Дж/кГ*град;


С
T

(алюминий)= 879,1 Дж/кГ*град.

В работе предлагается рассчитать изменение энтропии шести нагретых тел при опускании в калориметр с водой, температура и масса которой одинаковы в каждом эксперименте.


Порядок выполнения работы
1. Опустить в нагреватель испытуемое тело. Включить нагре­ватель.

2. Пока тело нагревается до температуры T1 кипения воды, наполнить водой водомерный стакан (200 см) и вылить ее в стакан калориметра. По термометру определить начальную температуру Т0воды и калориметра.

3. После того как вода в нагревателе будет кипеть не менее 5 мин, отключить нагреватель, перенести за нить исследуемое тело в калориметр и быстро закрыть его.

4. По термометру калориметра следить за ростом температуры воды и записать в таблицу ее максимальное значение T.

5. Вылить воде из стакана калориметра и отладить его под струёй воды.

6. Действия, перечисленные в пп. 1-5, повторить с каждым из тел.

7. Определить теплоемкость C каждого из тел и результаты занести в табл.1.

8. По формуле (36) найти изменение энтропии ∆S для каждого из тел и записать в табл.1. Вычислить погрешность метода измерения для самого легкого тела (максимальную погрешность).

9. По данным табл. 1 построить график зависимости ∆S=f(С).


Таблица 1
Исследуе-мое тело



Fe

0,05 кг



F0

0,1 кг



Fe

0,15 кг



Fe

0,2 кг



Al

0,05 кг



Латунь 0,05 кг




Т(К)

С(Дж/К)

--PAGE_BREAK--Контрольные вопросы и задания
1. Что такое обратимые и необратимые процессы?

2. Охарактеризуйте энтропию и ее изменение.

3. Что такое термодинамическая вероятность состояния (статис­тический вес).

4. Статистический смысл изменения энтропии.

5. Первый закон термодинамики.

6. Вывод рабочей формулы (36) данной работы.

7. Второй закон термодинамики и его статистический смысл.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА


Цель работы


Исследовать фазовый переход первого рода на примере плавления и кристаллизации металла. Определить температуру, удельную теплоту плавления металла и изменение энтропии при плавление и кристалли­зации.


Приборы и принадлежности


Тигель с исследуемым металлом, термопара, нагреватель, термо­метр, цифровой вольтметр, секундомер.


Теоретическое введение


Сильное нагревание твердого тела может привести к разруше­нию его кристаллической решетки и к переходу вещества из твердой фазы в жидкую. Фазовое превращение, сопровождающееся поглощением или выделением количества теплоты и изменением удельного объема (объема, занимаемого единицей массы), называется фазовым перехо­дом первого роди. Плавление (переход вещества из твердого состоя­ния в жидкое) и обратный процесс (кристаллизация) для многих крис­таллических веществ является фазовым переходом первого рода. Такой переход всегда изотермичен. Во время фазового переходе сохраняет­ся.двухфазное состояние (например, жидкое и твердое), но плавно ме­няется соотношение масс каждой фазы. Температура перехода зависит от давления. Если при определенном давлении сообщать твердому телу за равные малые промежутки времени одинаковое количество тепла Q, то абсолютная температура тела будет изменяться в соответствии с графиком рис.5. Участок AB представляет собой нагревание твердого тела до температуры плавления Тn .
<img width=«391» height=«184» src=«ref-1_549554177-7676.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
Для кристаллических тел в точке 6  прекращается дальнейшее повышение температуры. Изотермический участок ВС характеризует переход тела из твердого состояния в жидкое и соответствует одно­временному существованию двух фаз: твердой и жидкой. На участке при плавлении телом поглощается определенное количество теплоты при постоянной температуре. Это количество теплоты, рассчитанное на единицу массы тела, называется удельной теплотой плавления rп. Обозначим через UЖ  и внутренние анергии единицы массы ве­щества в точках С и B , соответствующих жидкой и твердой фазам и через Vж и  VT- удельные объемы жидкости и твердого тела. Тогда по первому закону термодинамики удельная теплота плав­ления может быть выражена так:
<img width=«213» height=«24» src=«ref-1_549561853-344.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">
где р - постоянное давление, при котором совершается фазовый переход.

Для фазовых переходов первого рода можно рассчитать изменение энтропии по формуле Клаузиуса
<img width=«111» height=«45» src=«ref-1_549562197-301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">
В данном случае
<img width=«129» height=«24» src=«ref-1_549562498-246.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">



--PAGE_BREAK--Порядок выполнения работы
1. Соединить проводниками клеммы 8 термопары со входом цифрового вольтметра. Положить в нагреватель не более четверти таблетки сухого горючего. Включить цифровой вольтметр.

--PAGE_BREAK--Цель работы


 Определить сопротивление не нагретой и нагретой металлической проволоки, ее удлинение при нагревании и коэффициент линейного расширения.
Приборы и принадлежности
Нихромовая проволока (Ni 90 %,  Сr 10 %), источник питания постоянного тока, вольтметр, амперметр, пружина, шкала для измере­ния длины проволоки.


Теоретическое введение


Опыт показывает, что с повышением температуры происходит расширение твердя тел, называемое тепловым расширением. Для ха­рактеристики этого явления введены коэффициенты линейного и объем­ного расширения. Пусть l0- длина тела при температуре 0 ˚С. Удлинение этого тела ∆l  при нагревании его до температуры t°С пропорционально первоначальной длине l0 и температуре:
<img width=«64» height=«24» src=«ref-1_549590734-167.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">
где α - коэффициент линейного расширения, характеризующий относительное удлинение ∆l/l, происходящее при нагревании тела на 1 К.

Длина тела при температуре t
<img width=«183» height=«24» src=«ref-1_549590901-319.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">

отсюда

<img width=«111» height=«45» src=«ref-1_549591220-283.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">
Тепловое расширение большинства твердых тел весьма незначи­тельно. Поэтому длина l0  при 0 °С очень мало отличается от дли­ны l при другой температуре t, например комнатной. Поэто­му в выражении коэффициента линейного расширения (41) l0 можно заменить на l1, а l — на длину l2 при температуре t2, значительно большей, чем  t1:
<img width=«137» height=«45» src=«ref-1_549591503-351.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">
Причина расширения твердых тел при нагревании — возрастание амплитуды тепловых колебаний атомов. График зависимости потенци­альной энергии взаимодействия соседних атомов от расстояния между их центрами r приведен на рис. 9. Пунктиром показан уровень полной энергии E взаимного колебания атомов при данной темпе­ратуре. При данной энергии Е расстояние между атомами при теп­ловых колебаниях изменяется от r1 до r2. Если r0<r<r1 (атомы сближаются), между атомами действуют силы отталкивания. Когдаr=r0, полная энергия равна кинетической энергии теплового колебательного движения. При уменьшении r до r1 происходит переход кинетической энергии в потенциальную энергию взаимодействия атомов. Далее под действием сил отталкивания атом движется в сто­рону увеличения r. Его кинетическая энергия возрастает, а по­тенциальная — уменьшается. Когда r становится больше r0, воз­никают силы притяжения между атомами, кинетическая энергия атома уменьшается, а потенциальная увеличивается. В точке r=r2,   пол­ная Е энергия переходит в потенциальную. Далее под действием сил притяжения атомы начинают сближаться И весь процесс колебаний атома между точками r1 и r2 повторяется.
<img width=«258» height=«142» src=«ref-1_549591854-6382.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">
Как видно из рис.9, вследствие несимметричности кривой и(r) среднее расстояние между соседними атомами при данной температуре
<img width=«80» height=«41» src=«ref-1_549598236-219.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">
больше, чем r0, и возрастает с ростом температуры, так как увеличивается полная энергия атома.
Описание лабораторной установки и метода измерений.
Схема лабораторной установки приведена на рис. 10.
<img width=«294» height=«171» src=«ref-1_549598455-6829.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110">
Нихромовая проволока 1 закреплена между клеммами 2, 3, при­чем клемма 3 соединена с растягивающей пружиной 4. По проволоке течет постоянный ток. Сила тока I измеряется амперметром A, а напряжение U вольтметром V . По закону Джоуля — Ленца в проводнике, по которому течет ток, выделяется тепло
<img width=«65» height=«24» src=«ref-1_549605284-170.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111">
зависящее от времени его прохождения t, сопротивления проводни­ка R и силы тока I. Проводник нагревается, сопротивление металла увеличивается с ростом температуры по закону
<img width=«183» height=«23» src=«ref-1_549605454-362.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112">
где   R1 - сопротивление проводника при комнатной температуре t1°С;

R2 — его сопротивление при нагревании до температуры t2°С;

β — температурный коэффициент сопротивления нихромовой проволоки,  

<img width=«96» height=«41» src=«ref-1_549605816-251.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">

Из соотношения (43) можно определить разность температур
<img width=«152» height=«45» src=«ref-1_549606067-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">
зная сопротивления   R1 и R2.

Сопротивление   R1, определяется по формуле
<img width=«155» height=«63» src=«ref-1_549606435-441.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">
где   ρ — удельное сопротивление нихрома при   t1 = 20 °С; <img width=«113» height=«24» src=«ref-1_549606876-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">;

l
1
— длина проволоки при комнатной температуре, м, l
1
= 0,34;  d - ее диаметр, мм,  d = 0,4.

Сопротивление проволоки R2 при температуре t2 опреде­ляется по закону Ома для участка цепи
<img width=«100» height=«41» src=«ref-1_549607103-251.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">
Удлинение проволоки <img width=«72» height=«23» src=«ref-1_549607354-166.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">  при нагревании измеряется по шкале 5.


    продолжение
--PAGE_BREAK--Порядок выполнения работы


1I. Собрать схему рис. 9. Включить источник питания. Подождать 2-3 мин, пока проволока не нагреется до максимальной темпе­ратуры и не наступит тепловое равновесие. Измерить силу тока, на­пряжение и удлинение проволоки  ∆l. Опыт повторить три раза, определить средние значения I и U.

2. Измерить температуру воздуха t1 °С в лаборатории.

3. По формуле (45) вычислить сопротивление проволоки R1 при температуре t10C.

4. Для средних значений I и U определить сопротивление проволоки R2 при температуре  t2 0С, используя закон Ома (46).

5. Используя соотношение (44), вычислить разность температур t2 — t1. Найти температуру нагретой проволоки t2.

6. По формуле (42) определить коэффициент линейного расшире­ния α для нихромовой проволоки.

7. Определить погрешности измерения R2, t2, α.

8. Сравните результаты измерения α с табличным значениям.


Контрольные вопросы и задания


1. Что называется коэффициентом линейного расширения твердых тел?

2. Объясните причину теплового расширения твердых тел.

3. Как определяется в работе удлинение проволоки?

4. Как определяется сопротивление проволоки R1 при комнатной температуре t1, и сопротивление нагретой проволоки?

5. Почему при прохождении тока по металлическому проводнику он нагревается?

6. Как изменяется сопротивление проводника при изменении температуры?

7. Как определяется в работе температура нагретой проволоки?

8. Как изменяется длина твердого тела при нагревании?

9. Как можно определить количество теплоты, выделившееся в проводнике при прохождении тока?


ЧАСТЬ    П


I. ИЗУЧЕНИЕ РАВНОУСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ НА ПРИБОРЕ АТВУДА


Цель работы
Изучить равноускоренное движение и определить ускорение свободного падения на приборе Атвуда.


Приборы и принадлежности


Прибор Атвуда, дополнительные сменные грузики.


Описание экспериментальной установки


Экспериментальная установка (рис. 11) собрана на платформе 1 с вертикальной колонной 2 и представляет собой систему грузов 3, соединенных между собой нитью, переброшенной через блок 4. Масса каждого груза равна М = 60 г. Блок 4 для уменьшения сил трения в опоре смонтирован в подшипнике 5, а электромагнит­ная фрикционная муфта 6 обеспечивает начальную фиксацию грузов и их торможение в конце перемещения. Блок с фрикционной муфтой закреплен на верхнем конце колонны 2, а между блоком и основа­нием 1 имеются три подвижных кронштейна 7, 8 и 9, расстояние между которыми определяется с помощью миллиметровой шкалы 10, расположенной на колонне 2.

Верхний кронштейн 7, оснащенный риской, служит для фиксации начального положения системы грузов. Средний кронштейн 8 обеспечивает съем дополнительного грузика 11, а фотоэлектрический датчик 12 на этом кронштейне включает электронный секундомер в момент съема дополнительного грузика. На нижнем кронштейне 9 есть еще един фотоэлектрический датчик 13, выключающий секундомер и включающий электромагнитную муфту 6 для торможения подвижной системы.
<img width=«387» height=«561» src=«ref-1_549607520-25338.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119">


--PAGE_BREAK--Теоретическое введение


Найдем закон движения груза 3 с перегрузком 11 (см.рис. 11). Будем пользоваться неподвижной системой координат, центр которой совмещен с осью блока. Ось ОХ  направим вниз. Пусть массы грузов 3 равны М, а масса перегрузка — т.

На правый груз с перегрузком (см. рис. 13) действуют силы тяжести (М+т)g и натяжения нити Т1. По второму закону Ньютона
<img width=«195» height=«23» src=«ref-1_549636965-338.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121">               (47)
где  а — ускорение правого груза.

Применим второй закон Ньютона к движению левого груза. В силу нерастяжимости нити ускорение левого груза разно ускорению правого груза по абсолютной величине и направлено в противоположную сторону. Оно равно, следовательно, а. Натяжение левого конца нити обозначим Т2. Тогда
<img width=«107» height=«25» src=«ref-1_549637303-223.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122">                              (48)







--PAGE_BREAK--L0=mVr
,

где r - кратчайшее расстояние от оси маятника до траектории движения тела. Во время выстрела маятник покоится, т.е. момент импульса его равен нулю. После влипания тела в мисочку маятника последний вместе с телом приобретает начальную угловую скорость вращенияw0.

<img width=«275» height=«266» src=«ref-1_549740037-9205.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">

Из закона сохранения момента импульса для системы тело — маятник следует, что
mV2=I1w0,    (98)
где I1 - суммарный момент инерции маятника и тела относительно оси вращения. Маятник с угловой скоростью w0 и соответственно кинетической энергией <img width=«40» height=«44» src=«ref-1_549749242-175.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157"> начинает поворачиваться. При этом происходит закручивание подвеса (упругой нити) и возникает тормозящий момент. Поворот маятника прекращается, когда его ки­нетическая энергия вращения полностью перейдет в потенциальную энергию закрученной нити:
<img width=«132» height=«44» src=«ref-1_549749417-354.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158">
где К -коефициент упругостинити; α0 максимальный угол закручивания маятника.

Решая совместно уравнения (98) и (99), находим
<img width=«139» height=«41» src=«ref-1_549749771-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159">
Дня определения скорости V  из (100) необходимо знать величины К и I1. Для этого следует выполнить два  дополнительных измерения, основанных на законах крутильных колебаний маятника.

Из второго закона динамики для вращательного движения следует
IE=M= — kα,    (101)
где Е — угловое ускорение маятника; <img width=«55» height=«41» src=«ref-1_549750111-191.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">; <img width=«55» height=«41» src=«ref-1_549750302-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">  — угловая скорость маятника);М — тормозящий момент; α — угол поворота маятника.

Таким образом, уравнение крутильных колебаний маятника (101) преобразуется к виду;
<img width=«224» height=«41» src=«ref-1_549750496-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">
где<img width=«55» height=«41» src=«ref-1_549750934-182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163"> - циклическая частота колебаний маятника). Решением уравнения (105) являются гармонические колебания с периодом
<img width=«161» height=«49» src=«ref-1_549751116-420.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">
Период колебания маятника можно найти экспериментально, причем период будет зависеть от момента инерции маятника и коэффициента упругости подвеса k.

Изменяя момент инерции маятника перемещением грузов массой Миз положенияR1, для которого момент инерции I1, в положение R2, для которого момент инерции I2, и определяя для этих моментов периоды T1 и T2, составляем систему урав­нений (рис. 24):
<img width=«247» height=«44» src=«ref-1_549751536-532.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165">

<img width=«200» height=«44» src=«ref-1_549752068-468.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">
где I
– момент инерции системы без подвижных грузов;
I1= I

+2MR12; I2= I

+2MR22.

Решая систему (104), находим коэффициент упругости нити
<img width=«192» height=«48» src=«ref-1_549752536-498.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167">
и момент инерции

I
1
=
I

+2
MR
1
;



<img width=«191» height=«48» src=«ref-1_549753034-497.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168">
Подставляя значения К и I1 в выражение (100), определяем ско­рость полета тела
<img width=«205» height=«48» src=«ref-1_549753531-574.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">
Порядок выполнения работы

1. Приблизить грузы, перемещаемые по стержням, к оси  маятника на расстояние 4-5 см (R1).

2. Установить маятник в таком положении, чтобы черта на мисочке с  пластилином совпадала с положением «О» на прозрач­ном экране.

3. Выстрелить тело из стреляющего устройства (первая зарядка тела в стреляющее устройство осуществляется при помощи пре­подавателя или лаборанта).

4. Измерить максимальный угол отклонения маятника α0.

5. Включить и обнулить счетчик времени и периодов.

6. Отклонить вручную маятник на уголα0, деблокировать измеритель времени (нажатием клавиши «Сброс») и отпустить маятник.

7. Измерить время десяти колебаний и вычислить период крутильных колебаний Т1.

8. Отдалить от оси подвижные грузы на расстояние 9-10 см (R2) и повторить действия согласно  пп.2, 5, 6 данного подраздела.

9. Измерить время десяти колебаний и вычислить величину Т1

10. Вычислить скорость полета тела по формуле (107).

11. Повторить опыт по определению скорости полета тела не менее трех раз.

12. Вычислить среднее значение скорости полета тела.
Контрольные вопросы и задания

1. Сформулируйте закон сохранения импульса.

2. Что такое момент силы?

3. Дайте определение момента инерции тела относительно неподвижной оси вращения.

4. Дайте определение момента импульса тела и сформулируйте закон сохранения момента импульса для замкнутой системы.

5. Запишите основное уравнение динамики вращательного дви­жения.

6. Запишите формулу кинетической энергии тела, вращающегося вокруг неподвижной оси.

7. Запишите формулу работы при вращательном движении тела.
8. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОТЫ ДЕФОРМАЦИИ, КОЭФФИЦИЕНТА ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ И СИЛЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ТЕЛ ПРИ УДАРЕ
Цельработы

Изучить законы сохранения энергии и импульса; определить экспериментально работу деформации, коэффициент восстановления, время и силу взаимодействия тел при ударе.
Приборы и принадлежности

Прибор для исследования столкновений шаров, комплект шаров. Понятие «удар» включает в себя совокупность явлений, воз­никающих при столкновении движущихся твердых тел, а также при некоторых взаимодействиях твердых тел с жидкостями и газами (гидравлический удар, взрыв и т.д.). Отличительная особенность данных физических явлений заключается в том, что время взаимодействия мало (10-4 — 10-6 с), а давление, возникающее в точках контакта соударяющихся тел или сред, достигает значений порядка107 — 1088 Н/м2.
Описание экспериментальной установки

Общий вид прибора для исследования столкновения шаров пока­зан на рис. 24. В основании I закреплена колонка 2, к которой при­креплены нижний 3 и верхний кронштейны 4. К верхнему кронштейну подведены провода 5 от шаров 6. Винт 7 позволяет изменять расстоя­ние между шарами. На нижнем кронштейне укреплены угольники 8 с измерительными шкалами и электромагнит 9. После отвинчивания бол­тов 10 электромагнит можно передвигать вдоль первой шкалы и фик­сировать высоту его установки. Сила притяжения электромагнита регулируется винтом 11, перемещающим сердечник 12.

При включении прибора в сеть и нажатии клавиши «Сеть» заго­рается цифровой индикатор. Для установки нулевых показаний необ­ходимо сбросить измерительную схему нажатием клавиши «Сброс». Управление электромагнитом осуществляется клавишей «Пуск». При от­жатой клавише «Пуск» включается электромагнит и шар, отведенный к магниту, удерживается в отклоненном положении. В этом положении по шкале измеряется начальный угол @@ отклонения нити от вертикального положения. При нажатии клавиши «Пуск», электромагнит отключается, шар под действием силы тяжести начинает перемещаться и, сталкиваясь с покоящимся шаром, вызывает его смещение. При этом нить второго шара отклоняется на угол  @@, а первого на угол@@, величины которых зависят от упругих свойств материа­лов шаров. При столкновении шара с неподвижной стенкой, установ­ленной вместо покоящегося шара, нить правого шара отклоняется на угол @@1.
Порядок выполнения работы

Измерение времени взаимодействия шаров и углов α, β, γ, γ1.

1) Измерить расстояния  R от точки подвеса до центра даров и при необходимости отрегулироватьих; эти расстояния должны быть равны. Массы шаров указаны на установке.

2) Включить источник питания нажатием клавиши «Сеть».

3) Отжать клавишу «Пуск» и отвести правый шар к электромаг­ниту, измерить угол первоначального отклонения нити α от вер­тикального положения.

4) Нажать клавишу «Сброс».

<img width=«345» height=«532» src=«ref-1_549754105-23224.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">

5) Нажать клавишу «Пуск». Измерить углы максимальных отклонений от вертикального положения нитей левого шара β и правого γ после их взаимодействия. Зафиксировать по микросекундо­меру время взаимодействия шаров. Измерения повторить 3-5 раз и по­дученные данные занести в таблицу.

6) Используя пары с различными упругими свойствами, выполнить исследования в соответствии с пп.1-5.

7) Заменить левый  шар неподвижной стенкой и в соответствии с пп.3)-6) определить максимальный угол отклонения нити γ1 правого шара от вертикального положения после его взаимодействия со  стенкой. Данные занести в таблицу.
Определение скоростей шаров

При абсолютно упругом столкновении шара массой m1, который двигаетcя со скоростью  V1, с шаром массой  m2, который дви­гается со скоростью V2 (V2<V1, рис.25), поверхностиих де­формируются, но этот процесс обратим, так как форма шаров мгно­венно восстанавливается, а энергия деформации без потерь превра­щается в кинетическую энергию движения шаров.

<img width=«243» height=«139» src=«ref-1_549777329-5773.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">

После удара шары будут двигаться с измененными скоростями U1 и U2, определить которые можно с помощью законов сохранения кинетической энергии
<img width=«247» height=«44» src=«ref-1_549783102-577.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">
и сохранения импульса (количества движения)
m1V1+m2V2=m1U1+m2U2,    (109)
После несложных преобразований находят скорости шаров после удара
<img width=«221» height=«45» src=«ref-1_549783679-523.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173">

<img width=«219» height=«45» src=«ref-1_549784202-519.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">
Если происходит встречный центральный абсолютно упругий удар (скорости шаров до удара имеют противоположные знаки), то необхо­димо учитывать знак скорости при вычислении соответствующих вели­чин в выражениях (110), (111). При равенстве масс шаров (т1 = т2 = т) из (110) и (111) следует
U
1
=
V
2

U
2
=
V
1
,  
(112)

т.е. первый шар приобрел после удара скорость, равную скорости второго шара, и наоборот. Если до столкновения один из шаров (на­пример, второй) покоился (V2 = 0), то U1 = 0; U2 = V1).

После абсолютно неупругого удара тела совершают совместное движение (рис. 26), а кинетическая энергия соударяющихся тел час­тично переходит в другие виды энергии и тела приобретают остаточ­ную деформацию. При этом закон сохранения механической энергии системы не выполняется. Скорость U' после удара, как известно, можно определить, используя закон сохранения импульса и считая, что внешние силы отсутствуют, а масса системы после удара — т1+ т
2
:
<img width=«167» height=«45» src=«ref-1_549784721-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">
<img width=«241» height=«137» src=«ref-1_549785158-6302.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">

Если первоначально тело было поднято на высоту h1, то в момент удара его кинетическая энергия равна исходной потенциальной энергии (рис. 27):  <img width=«88» height=«44» src=«ref-1_549791460-259.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">.

<img width=«289» height=«200» src=«ref-1_549791719-8198.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">

Скорости шаров после взаимодействия можно определить из условий
<img width=«89» height=«44» src=«ref-1_549799917-260.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">

<img width=«89» height=«44» src=«ref-1_549800177-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">
где h2 и h3 - высота подъемов второго и первого шара после взаимодействия.

Из этих соотношений следует
<img width=«148» height=«27» src=«ref-1_549800434-296.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">

<img width=«103» height=«27» src=«ref-1_549800730-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182"><img width=«132» height=«28» src=«ref-1_549800956-281.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183">

<img width=«128» height=«23» src=«ref-1_549801237-228.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184"><img width=«132» height=«23» src=«ref-1_549801465-234.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185"><img width=«160» height=«24» src=«ref-1_549801699-286.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186">

<img width=«12» height=«23» src=«ref-1_549545076-73.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">
1) По измеренному значению угла α начального отклонения правого шара вычислить по формулам (114) и (116) его скорость U1 при прохождении им положения равновесия.

2) Определить теоретические значения скоростей шаров после взаимодействия для случаев абсолютно упругого удара (формулы (110), (111) и абсолютно неупругого удара (формула (113)).

3) По измеренным углам отклонения шаров после их взаимодействия (β и γ) вычислить по формулам (115), (116) действительные зна­чения скоростей шаров.

4) Сравнить теоретические и экспериментальныезначения скорос­тей, дать объяснение полученным результатам.
Определение работы деформации при ударе шаров

При неупругом ударе часть механической анергии тел переходит в другие формы энергии (например, тепловую) и затрачивается на ра­боту о статочной, деформации поверхности шаров. В этом случае полная энергия системы не изменяется, кинетическая энергия шаров после удара будет меньше, чем до удара.

Уменьшение механической энергии системы ∆W с достаточной степенью точности можно считать равным работе сил, создающих ос­таточную деформацию.

По закону сохранения энергии при столкновении реальных тел следует учесть работу деформации тел A, т.е. ту часть общей энергии, которая необратимо расходуется на совершение невосстанавливающейся деформации и преобразуется в энергию теплового движения молекул вещества:
<img width=«272» height=«44» src=«ref-1_549802058-607.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">
Это уравнение позволяет определить работу деформации шаров равныхмасс (m1 = m2 = m), закрепленных на нерастяжимых нитях длины R. Если второй шар покоится (V2 = 0), а первый — отклоненна угол α от вертикального положения (рис. 27), то (117) преобразуется к виду:
A=∆W=mg(h1-h2-h3),   (118)
гдеh2 и h3 — высота подъема второго и первого шара после удара. С учетом (116)
A=mgR(cosβ+cosγ-cosα-1),   (119)
1) Вычислить кинетическую энергию шара в момент удара по из­меренному значению угла α первоначального отклонения первого шара.

2) По измеренным значениям углов α, β и γ и длины подвеса шаров R вычислить по формуле (119) изменение механи­ческой энергии системы — работу деформации.
Определение коэффициента восстановления тел при ударе

Степень «неупругости» удара определяется отношением нормальных составляющих скоростей тела после его удара о неподвижную стенку Un (после удара) и V1 (до удара). Это отношение называ­ется коэффициентом восстановления:
<img width=«53» height=«45» src=«ref-1_549802665-194.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">
В качестве неподвижной стенки можно использовать шар доста­точно  большой массы или любое плоское массивное тело. С учетом, что
<img width=«212» height=«31» src=«ref-1_549802859-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">
где  h3 - высота подъема шара после его удара о массивную не­подвижную стенку, коэффициент восстановления
<img width=«60» height=«48» src=«ref-1_549803292-239.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">
Используя связь высоты подъема шара с углом отклонения нити от положения равновесия, окончательно получаем
<img width=«155» height=«47» src=«ref-1_549803531-419.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">
По измеренным значениям αи γ1   вычислить коэффициент восстановления E и результаты занести в таблицу.
Определение силы взаимодействия тел

Силу взаимодействия двух тел можно определить исходя из основного уравнения динамики Поступательного движения:
<img width=«193» height=«21» src=«ref-1_549803950-332.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193">
где F - средняя сила удара; ∆t — время взаимодействия соударяющихся тел; ∆V - изменение скорости тела, возникающее в результате удара.

Таккак скорость первого шара после его столкновения с поко­ящимся шаром отлична от нуля и направлена в ту же сторону, что и скорость до удара, то ∆(mV) =
mV1 — mU1
и, следовательно, сила взаимодействия шаров
<img width=«156» height=«41» src=«ref-1_549804282-368.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">
С учетом (114)-(116) результат (123) преобразуется к виду
<img width=«232» height=«45» src=«ref-1_549804650-507.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">
1) По измеренным значениям длины подвеса R, углов α и γ начального и конечного отклонений первого шара и времени взаимо­действия шаров ∆t вычислить по формуле (124) силу взаимодей­ствия шаров. Результаты занести в таблицу.

2) Предполагая, что площадь контакта взаимодействующих шаров составляет S = 0,1 мм, найти величину давления, действующегона стенку шара.
Контрольные вопросы и задания

1. Что называется ударом?

2. Какой ударназывается абсолютноупругим? Приведите пример.

3… Какой удар называется абсолютно неупругим? Приведите пример.

4. Запилите закон сохранения анергии при ударе.

5. Выведите формулы для определения скорости шаров после абсолютно упругого и абсолютно неупругого ударов.

6. Запишите закон сохранения импульса при центральном ударе шаров.

7. Выполняется ли закон сохранения механической анергии при абсолютно неупругом ударе?

8. Выведите формулу для определения работы деформации тел при ударе.
9. ИЗУЧЕНИЕ ВЫНУЖДЕННЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Цель работы

Исследовать явления резонанса и биений в колебательных механических системах.
Приборы и принадлежности

Прибор для изучения колебаний связанных систем.
Описание экспериментальной установки

На основании 1 установки (рис. 28) смонтирован блок управления и измерений 2, в котором находится электродвигатель. На валу элект­родвигателя закреплен ведущий стержень 3, движения которого возбуж­дают колебания механической системы. На колонке 4 закреплен кронш­тейн с фотоэлектрическим датчиком 5 и измерительной шкалой 6. Свя­занная система представляет собой маятник 8 с грузом 7 и стер­жень 9, жестко скрепленный скобой 10 со стержнем 3. Связь между маятником и стержнем осуществляется П-образной скобой 11, снаб­женной пружинами 12.

Колебания возбуждаются вращением электродвигателя. Последний, перемещая стержень3, связанный скобой 10 и пружинами 12 с маятни­ком 8, приводит маятник в состояние колебаний. Все стержни за­креплены на подвесках 13,.установленныхна неподвижной общей оси 14.

Порядок выполнения работы

Определение собственной частоты колебаний маятника.

Собственная частота колебаний маятника в основном зависит от параметров (длины, массы и формы закрепленного груза, жесткости и места закрепления пружин) и незначительно — от амплитуды колеба­ний, если она невелика.

    продолжение
--PAGE_BREAK--

еще рефераты
Еще работы по физике