Лабораторная работа: Дослідна перевірка закону збереження механічної енергії

Мета роботи: Порівняти зменшення потенціальної енергії прикріпленого до пружини тіла при його падінні зі збільшенням потенціальної енергії розтягнутої пружини.

Прилади та матеріали : Динамометр, закріплений на штативі, два важки по 100г з набору для механіки, рибальська волосінь, прив’язана до гачка динамометра, обмежувач переміщення важка, фіксатор, лінійка.

Теоретичні відомості.

Якщо в ізольованій системі діють гравітаційні сили і сили пружності, то виконується закон збереження механічної енергії: сума кінетичної і потенціальної енергії системи залишається сталою. Для експериментальної перевірки цього закону скористаємося установкою, зображеною на рис.1. При підніманні рукою підвішеного до крючка динамометра важка ми збільшуємо його потенціальну енергію. Якщо ми піднімемо важок так, щоб пружина динамометра не була розтягнутою, то важок відносно столу матиме потенціальну енергію mgh1, де h1- висота важка над столом. Відпустимо важок. Падаючи, він буде розтягувати пружину і на якійсь висоті h2 на мить зупиниться.(Оскільки при цьому Fпр>mg, то важок почне підніматись вгору, потім знову рухатиметься вниз і т. д.; коливання важка швидко затухають і він зупиняється.). Якщо ми зафіксуємо висоту h2, на якій зупинився при першому опусканні важок, то ми зможемо знайти зміну його потенціальної енергії Згідно з законом збереження:

(1)

(В рівнянні (1) фігурує лише потенціальна енергія, оскільки кінетична енергія важка як в положенні 1, так і в положенні 2 дорівнюють нулю. Індекс "в"позначає енергію важка, індекс "пр" - пружини.)

Оскільки то:Потенціальна енергія пружини: Отже,

Завдання лабораторної роботи полягає в порівнянні значень Визначити нижнє положення важка допомагає фіксатор 1 (див.рис.3). Це легенька пластинка з корка, прорізана ножем до її середини (рис.2). Цю пластинку надівають на стержень динамометра. Фіксатор повинен дуже легко переміщуватись вздовж стержня і в той же час не падати самовільно. Можна виготовити фіксатор і з гумової нитки, зав’язавши вузлик на стержні динамометра. Для зменшення тертя стержень динамометра корисно змастити краплиною машинного мастила.

Хід роботи.

1. Перевірте легкість ходу фіксатора, в разі необхідності змастіть стержень динамометра.

2. Підніміть рукою важок так щоб пружина динамометра не була розтягнута. Трохи змістіть фіксатор до нижньої частини шкали (див.рис.3). (Обмежувач переміщення важка бажано встановити на такій висоті, щоб потрібне положення важка забезпечувалось при упорі в обмежувач.).

3. Різко але без поштовху відпустіть важок. Падаючи, він розтягне пружину і змістить фіксатор (рис.4).

4. Рукою потягніть важок вниз до тих пір, поки фіксатор не торкнеться обмежувальної дужки динамометра 2 (рис.5). Слідкуйте, щоб фіксатор не змістився зі свого положення.

5. Запам’ятайте положення стрілки покажчика динамометра і виміряйте лінійкою видовження пружини х (рис.5).

6. Дослід повторіть декілька раз. Знайдіть середнє значення хср.

7. Обчисліть Щоб знайти жорсткість пружини скористайтесь шкалою динамометра, або виміряйте лінійкою видовження пружини при підвішуванні важка (в цьому випадку Fпр=mg).

8. Повторіть пункти 2-7, підвісивши два важки з набору.

9. Порівняйте значення Знайдіть відхилення дослідних даних від ідеального результату: . Зробіть висновок.

Контрольні запитання.

1. Сформулюйте закон збереження механічної енергії.

2. Чим пояснюється деяка розбіжність результатів теорії і експерименту?

3. В якому з випадків - при використанні одного чи двох важків - відхилення від теорії більше? Чому?