Скачать 90.67 Kb.
|
Лабораторная работа №11 «Маятник Максвелла» Цель работы: осуществить экспериментальную проверку закона сохранения механической энергии с помощью маятника Максвелла. Задачи:
Приборы и принадлежности: Датчик (световой барьер); секундомер; штатив; штангенциркуль; линейка; источник питания (адаптер) 5 В/2.4 А; маятник Максвелла; состоящий из: колеса, насаженного на металлический стержень, двух нитей, намотанных на этот стержень и закрепленных в держателе. Идея метода Маятник Максвелла приводится в движение благодаря действию силы тяжести. С помощью датчика (светового барьера) измеряется время прохождения центром масс колеса маятника расстояния S, измеряемого с помощью линейки. Далее, исходя из зависимости S(t), определяется ускорение движения центра масс колеса. В соответствии с уравнением (16) рассчитывается момент инерции колеса маятника Максвелла. Скорость движения Vc центра масс колеса измеряется с помощью светового барьера. Для этого фиксируется время прохождения стержня, на который насажено колесо маятника Максвелла, через световой барьер. Зная зависимости S(t) и Vc(t), рассчитываются потенциальная, кинетическая и полная механическая энергии маятника в различные моменты времени. Таким образом проверяется корректность применения закона сохранения механической энергии к рассматриваемой системе. Вектора сил, действующих на маятник Максвелла, показаны на рисунке: m·– масса стержня и насаженного на него колеса; g – ускорение свободного падения; Т – сила натяжения нити. ![]() Рис. 3. Силы, действующие на маятник Максвелла Упражнение 1. Определение характера движения маятника Максвелла. Расчет ускорения, с которым движется центр масс колеса маятника Максвелла.
График зависимости S(t2) ![]() Из графика видно, что Маятник Максвелла имеет равноускоренный характер движения. axср = 0,026 м/с2. Упражнение 2. Расчет момента инерции колеса Максвелла. axср = 0,026 м/с2 – много меньше ускорения свободного падения (g = 9.8 м/с2). Определив из эксперимента величину ускорения можно рассчитать момент инерции колеса маятника Максвелла: ![]() Теоретически момент инерции колеса маятника Максвелла можно найти по следующей формуле: ![]() IT = 0.0014 кг*м2 Моменты инерции полученные экспериментально и теоретически примерно совпадают. Упражнение 3. Проверка применимости закона сохранения механической энергии к описанию движения маятника Максвелла. Расчетные формулы: ![]()
График зависимости V(t) ![]() График зависимости Ek(t), Eк вращ(t), Ep(t), Eполн(t) ![]() Из построенного графика, используя метод парных точек, можно рассчитать 4четыре значения ускорения движения центра масс колеса маятника Максвелла. И провести статистическую обработку результатов.
![]() В упражнении 1, я получил axср = 0,026 м/с2, что примерно совпадает с полученным в упражнении 3. Стоит заметить что метод, используемый в 1 упражнении,– дает более точные результаты. С помощью формулы (18) рассчитал значение полной механической энергии маятника Максвелла на различных этапах его движения; она колеблется около нуля, что соответствует теории. Вывод: В ходе лабораторной работы я осуществил экспериментальную проверку закона сохранения механической энергии с помощью маятника Максвелла и выяснил что полная механическая энергия маятника на различных этапах его движения примерно равна нулю. Что позволяет сделать вывод о применимости закона сохранения механической энергии к описанию движения маятника Максвелла.
|