Лабораторный практикум по дисциплине «физика» Раздел «механика»


Скачать 282.01 Kb.
НазваниеЛабораторный практикум по дисциплине «физика» Раздел «механика»
страница1/4
Дата публикации20.11.2013
Размер282.01 Kb.
ТипЛабораторная работа
referatdb.ru > Математика > Лабораторная работа
  1   2   3   4
ГОМЕЛЬСКИЙ ИНЖЕНЕРНЫЙ ИНСТИТУТ

МЧС РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Кафедра «Естественные науки»

П.В. АСТАХОВ, В.А. ЗЫКУНОВ, А.И. КРАВЧЕНКО

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ФИЗИКА»

Раздел «МЕХАНИКА»

Гомель

2009

УДК

ББК

А

А
А
стахов, П.В.


Лабораторный практикум по дисциплине «Физика» / П.В. Аста­хов, В.А. Зыкунов, А.И. Кравченко. — Минск : РЦСиЭ, 2009. — 24 с.

ISBN

УДК

ББК

© Гомельский инженерный институт
МЧС Республики Беларусь, 2009

© Республиканский центр сертификации
и экспертизы лицензируемых видов деятельности МЧС Республики Беларусь, 2009

Лабораторная работа №1
^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕЛ
ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Цель работы: изучить основные понятия механики: масса, вес, сила тяжести, на примере определения плотности тела правильной геометри­че­ской формы; оценить погрешность измерений.
^ Приборы и принадлежности: набор тел правильной геометрической формы, штангенциркуль, микрометр, весы с разновесом.

Порядок выполнения работы

  1. Получить расчетную формулу для определения плотности конкрет­ного тела с учетом его геометрической формы:

, (1.1)

где ρ   плотность тела;

m   масса тела;

V   объем тела.

Объем тела V для заданного тела выразить через измеряемые величины.

  1. Произвести линейный обмер тела. Измерение каждой величины про­извести не менее трех раз.

  2. Произвести взвешивание тела на технических весах (если не задана масса тела).

  3. Полученные данные свести в таблицу.

  4. Рассчитать среднее значение каждой измеренной величины:

, (1.2)

где n   число измерений;

x   измеряемая величина.

  1. По средним значениям измеряемых величин рассчитать среднее зна­чение плотности тела .

  2. Найти абсолютную погрешность каждого измерения по
    формуле:

.

  1. Найти среднее значение абсолютной погрешности по формуле:

.

  1. Определить квадраты абсолютных погрешностей измерений .

  2. Определить среднеквадратичную погрешность косвенного измерения:

.

Число слагаемых должно быть равно числу переменных.

  1. Определить границы доверительного интервала при надежности .

,

где    коэффициент Стьюдента, который находится по таблице;

n   число производимых измерений данной величины.

  1. Если порядок случайной погрешности совпадает с порядком систематической погрешности, то граница доверительного интервала рассчитывается по формуле:

, (1.3)

где ;

(с   цена деления прибора);

 – находится по таблице для .

  1. Окончательный результат представить в виде:

.

  1. Определить относительную погрешность по формуле

.

  1. Сделать выводы и определить по справочнику, из какого материала изготовлено исследуемое тело.



Лабораторная работа № 2
^ ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ТЕЛ
Цель работы: изучить основные законы равномерного движения; измерить величину ускорения свободного падения тел.
^ Приборы и принадлежности: штатив с передвижными платформами, несущими электромагнит и прерыватель, электрический секундомер с источником питания, метровая линейка, постоянный магнит, стальные шарики.

^ Теоретические сведения

В классической механике положение материальной точки в пространстве описывается заданием радиус-вектора который проводится из начала координат в заданную точку пространства. Связь радиус-вектора с координатами точки выражается формулой



где – единичные вектора, направленные вдоль соответствующих осей OX, OY и OZ (рис. 2.1).


Y

Z

X


















Рис. 2.1.

Материальная точка при своем движении описывает некоторую линию. Эта линия называется траекторией. В зависимости от формы траектории различают прямолинейное движение, движение по окружности, криволинейное движение и т. д.

Пусть материальная точка перемещается вдоль некоторой траектории из точки 1 в точку 2 (рис. 2.2). Расстояние между точками 1 и 2, отсчитанное вдоль траектории, называется путем, пройденным частицей. Путь мы будем обозначать буквой S. Направленный отрезок прямой, проведенный из точки 1 в точку 2, называется перемещением и обозначается вектором . Вектор перемещения показывает, на какое расстояние и в какую сторону сместилась точка при своем движении. Вектор перемещения равен разности векторов и , т. е. .








Y

Z

X



1

S3

S1

S2






2


Рис. 2.2

Одно и то же перемещение разные материальные точки могут пройти за разные промежутки времени и по различным траекториям. Поэтому ввели величину, которая характеризует быстроту движения точки. Ее назвали вектором средней скорости и обозначили :

.

Таким образом, вектор средней скорости движения точки определяется как отношение перемещения точки к промежутку времени , за который это перемещение произошло.

При одном и том же перемещении точка может совершать движение по произвольным траекториям, при движении из точки 1 в точку 2 проходя различные расстояния. В этом случае необходимо знать, с какой скоростью тело двигалось по той или иной траектории. В связи с этим вводят понятие средней путевой скорости, которая определяется отношением пути к промежутку времени, за который пройден этот путь:

.

Средняя путевая скорость – это скалярная физическая величина, она не учитывает направления движения.

Вектор зависит от промежутка времени . Чем меньше промежуток времени , тем короче становится вектор перемещения . По мере приближения интервала к нулю вектор скорости стремиться к касательной в той точке траектории, вблизи которой мы выбираем малые интервалы перемещений и времени .

Предельное значение, к которому стремится вектор средней скорости при стремлении интервала к нулю, называется мгновенной скоростью. Мгновенная скорость характеризует скорость материальной точки в данной точке в данный момент времени. Она направлена всегда по касательной к траектории движения. Таким образом, получим:

.

При , стремящемся к нулю, модуль перемещения будет мало отличаться от длины участка траектории, пройденного телом за этот промежуток времени, т. е. можно считать, что численное значение мгновенной скорости совпадает со значением средне путевой скорости за этот промежуток времени:

.

По определению проекции вектора скорости на координатные оси равны:


Зная проекции вектора скорости на координатные оси , можно найти вектор скорости:

,

и его модуль:

.

Пусть в момент тело, двигающееся с ускорением имело скорость и находилось в точке, положение которой определялось радиусом-вектором . Для нахождения координаты в любой момент времени воспользуемся соотношением: .

,

откуда


(2.1)
.

Для нахождения скорости воспользуемся соотношением: , интегрируя которое, получим:

.

Выразив отсюда , получим:


(2.2)
.

Подставим (2.2) в формулу (2.1) и, упростив, получим:


(2.3)
.

Формулы (2.2) и (2.3) называют кинематическими уравнениями движения. Рассмотрим случай равнопеременного движения, когда , тогда:

;


(2.3)
.

Если использовать вектор перемещения , то получится удобная для решения задач формула:

.

В проекциях на оси координат выражение (2.4) запишется в виде:



С другой стороны, если под действием силы тело изменяет скорость, то в формулу работы можно подставить ее выражение из закона Ньютона:

.

Так как , то





Получилось, что работу перемещения можно представить как разность двух значений некоторой функции скорости. Скалярная функция скорости, изменение которой связано с совершаемой работой, является кинетической энергией. Так как , а с другой стороны , то приравняв их получим:

. (2.4)

При отсутствии в системе диссипативных сил изменения полной механической энергии не происходит, и сумма кинетической и потенциальной энергии остается одинаковой в любой момент времени (Е = Т + П = const).

Если в замкнутой системе взаимодействующих тел нет диссипативных сил, то полная механическая энергия системы не меняется со временем.

При наличии в системе диссипативных сил (трения) происходит диссипация (уменьшение) энергии, и изменение полной механической энергии будет равно работе диссипативных сил.

^ Описание установки и методика измерений

Схема установки для измерения ускорения свободного падения приведена на рис. 2.3.

Для измерения времени в установке используется простейший секундомер с ценой деления 0,01 секунды, цепь прохождения импульсов которого можно прерывать (или замыкать) с помощью контактов, смонтированных на стойке. При подаче напряжения на электромагнит (шарик удерживается в верхнем положении) цепь прохождения импульсов с периодом 0,01 с на секундомере оказывается разомкнутой. Один и тот же переключатель размыкает цепь питания электромагнита и замыкает цепь прохождения импульсов, которая может быть автоматически разорвана еще другими (нижними) контактами при ударе шарика об откидную площадку. Используя кинематическое уравнения для движения по вертикали – , учитывая, что , получим: , откуда .






Секундомер

t = 0,42 с





×1 ×0,1 ×0,01




«Пуск»






Вкл.




Имп. v = 100 Гц (Т = 0,01 с)


h





Прерыватель

Рис. 2.3

Измеряя высоту нижней точки шарика (эта точка определяет момент времени, когда прекращается отсчет времени падения) относительно платформы прерывателя и время его свободного падения, можно по формуле посчитать ускорение свободного падения. Эта формула и является расчетной.

Зная время падения шарика, можно подсчитать скорость в момент удара о платформу прерывателя:



Если не учитывать потери энергии на трение о воздух, то изменение потенциальной энергии шарика должно соответствовать изменению кинетической энергии: , где .

3. Порядок выполнения работы

1. Включить секундомер в сеть и прогреть его 3–5 минут. Откидную площадку прерывателя поднять в горизонтальное положение (показания секундомера должны «бежать») и зафиксировать ее магнитом.

2. Переключатель «Пуск» на верхней платформе установить в верхнее положение (отсчет времени должен прекратиться). Нажать клавишу «Уст. 0».

3. Переключатель «Пуск» поставить в нижнее положение. Поднести к нижней части электромагнита стальной шарик.

4. Установить высоту падения шарика (h) (расстояние от низа шарика до площадки прерывателя).

5. Включить тумблер «Пуск». Шарик оторвется и будет падать, а секундомер – отсчитывать время. Ударом о площадку прерывателя он разорвет цепь поступления импульсов в секундомер и остановит его.

6. Измерения повторить 3–7 раз, записывая показания в таблицу. С надежностью α = 95% рассчитать доверительный интервал и среднее значение ускорения свободного падения :



7. Вычислить среднюю скорость шарика в момент удара об откидную площадку прерывателя и проверить справедливость закона сохранения полной механической энергии.

Окончательный результат представить в виде:

.

8. Выводы.

Лабораторная работа №3

^ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЯЗКОСТИ ЖИДКОСТИ
МЕТОДОМ СТОКСА

Цель работы: на примере внутреннего трения изучить явления переноса; определить динамический и кинематический коэффициенты вязкости жидкости.
^ Приборы и принадлежности: стеклянный сосуд с исследуемой жидкостью, измерительный микроскоп, шарики, секундомер, масштабная линейка.

Порядок выполнения работы

  1. Установить метки на сосуде с исследуемой жидкостью (желательно верхнюю метку взять несколько ниже уровня жидкости в сосуде, чтобы движение шарика по достижении первой метки было установившимся). Замерить расстояние l между метками (рис. 3.1, а).




а) б)





Рис. 3.1.

  1. При помощи микроскопа замерить диаметр шарика в трех направлениях , , (рис. 3.1, б).

  2. Найти среднее значение диаметра шарика в делениях и представить диаметр шарика в метрах.

  3. Опустить шарик в сосуд, желательно ближе к оси сосуда с жидкостью. Замерить время t, за которое шарик пройдет расстояние l.

  4. Пункты 2 4 повторить не менее чем для 7 шариков. Все данные занести в таблицу 3.1.

  5. Поскольку опыты производятся с разными шариками, то обрабатывать экспериментальные данные следует так:

а) для каждого шарика найти коэффициент динамической вязкости по формуле:

, (3.1)

где    плотность жидкости;

– плотность материала шарика (для стали = );

g – ускорение свободного падения.

В результате получим серию значений , где n   число опытов;

б) найти среднее значение коэффициента динамической вязкости по формуле:

;

в) найти абсолютные погрешности каждого измерения:

;

;

в) найти квадратичную погрешность:



г) найти границу доверительного интервала для надежности и результат представить в виде:

,

;

e) найти относительную погрешность .

  1. Определить коэффициент кинематической вязкости жидкости по формуле:

. (3.1)

Таблица 3.1



опыта

l, м

d, дел

d, м

t, с

η

υ

1




=













=

=

2










3









  1   2   3   4

Похожие рефераты:

Программа для поступающих в магистратуру по специальности 1-31 80 05 «физика»
Все вопросы программы сосредоточены по разделам: механика, молекулярная физика, термодинамика и статистическая физика, электричество...
Программа для поступающих в магистратуру по специальности 1-31 80 05 «Физика»
Все вопросы программы сосредоточены по разделам: механика, молекулярная физика, термодинамика и статистическая физика, электричество...
4. Раздел лабораторные работы (лабораторный практикум)
Составленная программа в среде Fortran 5 и С++, реализующая соответствующую задачу
4. раздел. Лабораторные работы (лабораторный практикум)
Лб №1 Логико-математический анализ определений понятий и объектов, основные этапы их формирования
Литература по дисциплине «проектирование технологических процессов швейного производства»
Лабораторный практикум по курсу «Технология швейных изделий» (раздел «Подготовительно-раскройное производство и проектирование потоков»)...
Учебника Кол-во экз-ров 1 Организация и планирование производства...
Организация и планирование производства : лабораторный практикум/ Н. И. Новицкий [и др.]; под ред. Н. И. Новицкого. Минск: Новое...
Учебника Кол-во экз-ров 1 Организация и планирование производства...
Организация и планирование производства : лабораторный практикум/ Н. И. Новицкий [и др.]; под ред. Н. И. Новицкого. Минск: Новое...
Учреждение образования «белорусский государственный университет транспорта»...
...
4. Раздел. Лабораторные работы (Лабораторный практикум)
Лабораторная работа № Метод половинного деления, метод простой итерации, метод касательных, метод хорд и комбинированный метод
Краткая аннотация дисциплины (цели изучения, основные разделы)
«математика», «физика» (в объеме программы средней школы), «общая физика» (разделы: механика, молекулярная физика)

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза