Экспериментальная проверка второго закона Ньютона
Содержание и физическое обоснование Первого закона Ньютона. Методика определения скорости и ускорения тележки способом наименьших квадратов. Особенности и этапы расчета сил, действующих на материальную точку, во втором и третьем законах Ньютона.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.09.2015 |
| Размер файла | 88,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Лабораторная работа
Экспериментальная проверка второго закона Ньютона
Оборудование: демонстрационная дорожка, цифровой измеритель скорости, световые барьеры, тележка с экраном, дополнительные грузы, пусковое устройство, неподвижный блок, держатель для грузов.
Цель работы: получить зависимость пути от времени при равноускоренном движении, получить зависимость скорости от времени при равноускоренном движении, проверить справедливость второго закона Ньютона.
Краткая теория
Первый закон Ньютона: существуют такие системы отсчета, относительно которых поступательно движущиеся тела сохраняют свою скорость постоянной, если на них не действуют другие тела (или действие других тел компенсируется). Утверждение о существовании инерциальных систем отсчета составляет содержание первого закона Ньютона.
Инерциальная система отсчета - система отсчета, относительно которой материальная точка, свободная от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно и прямолинейно.
Инертность тел - свойство, присущее всем телам и заключающееся в том, что тела оказывают сопротивление изменению его скорости (как по модулю, так и по направлению).
Масса тела - физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные (инертная масса) и гравитационные (гравитационная масса) свойства.
Импульс материальной точки - векторная величина, численно равная произведению массы материальной точки (тела) на ее скорость и имеющая направление скорости.
(1)
Сила - векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого тело приобретает ускорение или изменяет свою форму и размеры.
В каждый момент времени сила характеризуется числовым значением, направлением в пространстве и точкой приложения.
Второй закон Ньютона: скорость изменения импульса материальной точки (тела) равна действующей на нее (него) силе.
(2)
Записанное уравнение называют еще уравнением движения материальной точки.
Еще одна формулировка второго закона Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела).
или . (3)
.
Второй закон Ньютона справедлив только в инерциальных системах отсчета.
Принцип независимости действия сил: если на материальную точку действует одновременно несколько сил, то каждая из этих сил сообщает материальной точке ускорение, согласно второму закону Ньютона, как будто других сил нет.
Ускорение, приобретаемое точкой под действием нескольких сил
(4)
- результирующая сила.
ньютон закон ускорение
Если на материальную точку действует одновременно несколько сил, то, согласно принципу независимости действия сил, под во втором законе Ньютона понимают результирующую силу.
Третий закон Ньютона: всякое действие материальных точек (тел) друг на друга имеет характер взаимодействия; силы, с которыми действуют друг на друга материальные точки, всегда равны по модулю, противоположно направлены и действуют вдоль прямой, соединяющей эти точки.
(5)
( - сила, действующая на первую материальную точку со стороны второй; - сила, действующая на вторую материальную точку со стороны первой).
Силы в третьем законе Ньютона приложены к разным материальным точкам (телам), всегда действуют парами и являются силами одной природы.
Третий закон Ньютона позволяет осуществить переход от динамики отдельной материальной точки к динамике системы материальных точек. Это следует из того, что и для системы материальных точек взаимодействие сводится к силам парного взаимодействия между материальными точками.
Теория метода
Рассмотрим систему связанных тележки и грузов. Расставим силы, действующие на тележку и грузы, и применим законы Ньютона.
По второму закону Ньютона
+, (6)
+. (7)
Т.к. блок и нерастяжимая нить невесомы, то
, (8)
. (9)
Учитывая (8,9) запишем (6,7) п проекциях на оси Ох и Оу:
(10)
(11)
Решая совместно (10) и (11), найдем ускорение тележки
. (12)
Если тележка начала движение без начальной скорости, то зависимость скорости тележки от времени может быть записана как
=, (13)
а пути - как
. (14)
Описание установки
Установка состоит из алюминиевого рельса 3 длиной 1,5 м, установленного горизонтально на лабораторном столе. На рельсе установлена тележка 2 с сапфировым основанием, обеспечивающим малое трение с поверхностью рельса. Масса тележки 0,4 кг. Пусковое устройство 1 установлено таким образом, что тележка начинает движение без начальной скорости. Тележка связана легкой нерастяжимой нитью с держателем грузов, перекинутой через неподвижный легкий блок. Для измерения скорости на тележку сбоку крепится лёгкий тёмный экран длиной 0,1 м. При движении тележки экран перекрывает свет в световом барьере 4, время перекрытия фиксируется таймером 5.
Ход работы и обработка результатов измерений
1. Соберите установку как показано на рисунке 1.
2. Расположите дорожку горизонтально с помощью трех регулировочных винтов у ее основания.
3. Установите стартовую систему таким образом, чтобы спусковое устройство 1 спускало планер, не сообщая ему начальный импульс.
4. Подсоедините систему к двум выходам «Start» («Пуск») на таймере 5; следует соблюдать полярность при подсоединении. Красный выход системы подключается к желтому гнезду таймера.
5. Расположите четыре световых барьера 4 таким образом, чтобы они разделяли измеряемое расстояние на отрезки примерно равной длины. Последний барьер расположите так, чтобы тележка 2 с экраном проходила мимо него перед тем, как ускоряющая гиря коснется пола.
6. Четыре световых барьера подсоедините слева направо к контрольным гнездам «1» - «4» таймера. Соедините гнезда в соответствии с цветом.
7. Закрепите на тележке темный легкий экран.
8. По заданию преподавателя установите на тележку и / или держателе дополнительные грузы.
9. С помощью кнопки «MODE» выберите режим .
10. В выбранном режиме измерьте четыре времени . Повторите измерения три раза.
11. Результаты измерений занесите в таблицу.
12. С помощью кнопки «MODE» выберите режим .
13. В выбранном режиме измерьте четыре времени затемнения каждого барьера. Повторите измерения три раза.
14. Результаты измерений занесите в таблицы. Время ti рассчитайте по формуле:
15.
.
16. Постройте графики зависимости пройденного пути от квадрата времени . Объясните их вид.
17. Рассчитайте ускорение тележки методом наименьших квадратов
18. Рассчитайте скорости тележки в различные моменты времени.
19. Постройте графики зависимости скорости от времени . Объясните их вид.
20. Изменяя массу дополнительных грузов на тележке при фиксированной массе грузов на держателе () повторите п. 9-16.
21. Постройте графики зависимости ускорения от обратной инертной массы . Объясните их вид.
22. Изменяя массу дополнительных грузов на держателе и тележке при фиксированной массе системы () повторите п. 9-16.
23. Постройте графики зависимости ускорения от силы . Объясните их вид.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение импульса материальной точки.
2. Как найти импульс тела?
3. Дайте определение массы и назовите ее свойства.
4. Дайте определение силы и назовите ее свойства.
5. Сформулируйте законы Ньютона.
6. Является ли первый закон Ньютона следствием второго?
7. Укажите границы применимости законов Ньютона.
8. Выведите рабочие формулы.
Рекомендуемая литература
1. И.Е. Иродов. Механика. Основные законы. М.-С-Пб.: БИНОМ - Лаборатория знаний, 2009.
2. Курс физики. Учебник для вузов/под. ред. проф. В.Н. Лозовского. СПб: Лань, 2009. Т.1
3. И.В. Савельев. Курс общей физики. Том 1. Механика. C-Пб.-М.-Краснодар: ЛАНЬ, 2008.
4. Т.И. Трофимова. Краткий курс физики. Учебное пособие для вузов. М: КноРус, 2010.
5. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона (1890-1907).
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Описание основных законов Ньютона. Характеристика первого закона о сохранении телом состояния покоя или равномерного движения при скомпенсированных действиях на него других тел. Принципы закона ускорения тела. Особенности инерционных систем отсчета.
презентация [551,0 K], добавлен 16.12.2014Расчет средней скорости и среднего ускорения в интервале заданного времени. Поиск силы, действующей на тело, движущееся с ускорением. Потенциальная энергия груза, расчет его ускорения. Поиск линейного ускорения с использованием второго закона Ньютона.
контрольная работа [207,3 K], добавлен 23.09.2013Опрделения системы отсчета, материальной точки. Изменение центростремительного ускорения тела. Первый закон Ньютона. Количественная характеристика инертности. Закон сохранения импульса. Второй закон Ньютона. Третий закон Ньютона.
тест [61,1 K], добавлен 22.07.2007Демонстрация первого закона Ньютона о сохранении телом состояния покоя или равномерного движения при скомпенсированных действиях на него других тел. Формулирование и математическое представление основных законов, лежащих в основе классической механики.
презентация [588,4 K], добавлен 05.10.2011Главные этапы открытия и исследования законов Ньютона, их место и значение в современной картине мира и концепциях естествознания. Порядок применения трех законов Ньютона в различных областях научного знания, их физическая сущность и обоснование.
реферат [16,2 K], добавлен 12.02.2010Краткая биография Исаака Ньютона. Явление инерции в классической механике. Дифференциальный закон движения, описывающий зависимость ускорения тела от равнодействующей всех приложенных к телу сил. Третий закон Ньютона: принцип парного взаимодействия тел.
презентация [544,5 K], добавлен 20.01.2013Сравнительная характеристика абсолютной и международной систем единиц СИ. Сравнение формальной записи второго закона Ньютона и закона Ома для участка электрической цепи. Понятие инвариантности законов электродинамики, термодинамики и квантовой механики.
реферат [75,6 K], добавлен 30.11.2009Изучение движения тела под действием постоянной силы. Уравнение гармонического осциллятора. Описание колебания математического маятника. Движение планет вокруг Солнца. Решение дифференциального уравнения. Применение закона Кеплера, второго закона Ньютона.
реферат [134,8 K], добавлен 24.08.2015Проверка справедливости соотношений при параллельном соединении резисторов и первого закона Кирхгофа. Особенности сопротивления приемников. Методика расчета напряжения и тока для различных соединений. Сущность закона Ома для участка и для всей цепи.
лабораторная работа [17,0 K], добавлен 12.01.2010Особенности определения давления газа на стенку сосуда с использованием второго закона Ньютона. Связь этой величины со средней кинетической энергией молекул и их концентрацией. Специфика схематичного вывода основного уравнения упрощенным методом.
презентация [316,6 K], добавлен 19.12.2013Кольца Ньютона как классический пример полос равной толщины. Прецизионные измерения малых линейных размеров и показателей преломления прозрачных сред. Основные сферы применения интерферометров. Интерференционный дилатометр Физо-Аббе, его особенности.
доклад [22,2 K], добавлен 11.04.2013Нахождение тангенциального ускорения камня через секунду после начала движения. Закон сохранения механической энергии. Задача на нахождение силы торможения, натяжения нити. Уравнение второго закона Ньютона. Коэффициент трения соприкасающихся поверхностей.
контрольная работа [537,9 K], добавлен 29.11.2013Запись второго закона Ньютона в векторной и скалярной форме. Определение пути прохождения тела до остановки при заданной начальной скорости. Расчет времени движения данного тела, если под действием силы равной 149 Н тело прошло путь равный 200 м.
презентация [390,9 K], добавлен 04.10.2011Определение показателя преломления стекла. Определение радиуса кривизны линзы по кольцам Ньютона. Определение длины световой волны при помощи дифракционной решетки. Экспериментальная проверка закона Малюса. Зависимость силы фототока от освещенности.
методичка [3,9 M], добавлен 04.01.2012Описание этапов жизненного пути и научных открытий Исаака Ньютона – человека, который совершил переворот в отношениях человека и природы, в нашем миропонимании. Отношения Ньютона к науке и отстаивание права университетов, как ее основных источников.
реферат [16,6 K], добавлен 16.11.2010Обзор научной революции ХVII в. Рассмотрение особенностей построения механической картины мира. Изучение жизни и творчества Ньютона. Характеристика гипотезы обратных квадратов Гука и теории тяготения Ньютона. Анализ полемики картезианцев и ньютонианцев.
реферат [59,8 K], добавлен 26.04.2019Измерение радиусов колец Ньютона при разных длинах волн. Когерентность как согласованное протекание во времени нескольких колебательных процессов, проявляющееся при их сложении. График зависимости радиуса колец Ньютона от их номера при разной длине волны.
лабораторная работа [171,7 K], добавлен 15.03.2014Изучение понятия теплоотдачи, теплообмена между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Конвективный перенос теплоты. Анализ основного закона конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона-Рихмана. Получение критериев теплового подобия.
презентация [189,7 K], добавлен 09.11.2014Примеры взаимодействия тел с помощью опытов. Первый закон Ньютона, инерциальные системы отсчета. Понятие силы и физического поля. Масса материальной точки, импульс и центр масс системы. Второй и третий законы Ньютона, их применение. Движение центра масс.
реферат [171,4 K], добавлен 10.12.2010Изучение закона инерции, явления сохранения телом скорости движения, когда на него не действуют никакие силы. Характеристика инерционных систем отсчета, относительно которых тела движутся с постоянной скоростью при компенсации внешних воздействий на них.
презентация [365,5 K], добавлен 12.01.2012
