Лабораторная работа сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости Цель работы: сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.
Средства измерения:
1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка
измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.
Материалы: 1) фиксатор;
2) штатив с муфтой и лапкой.
Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.
Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.
Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.
Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на
а энергия пружины при ее деформации увеличивается на
Порядок выполнения работы
1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.
2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.
3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.
4. Повторите опыт пять раз.
5. Подсчитайте
и
6. Результаты занесите в таблицу:
Номер опыта
7. Сравните отношение
с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.
Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы
Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:
Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Вначале удерживаем тело в положении 1, пружина не натянута и сила упругости, действующая на тело равна нулю. Затем отпускаем тело и оно падает под действием силы тяжести до положения 2, в котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при удлинении ее на h (тело покоится в этот момент времени).
Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при переходе тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на величину mgh, а потенциальная энергия пружины возрастает на величину
Целью работы является сравнение этих двух величин. Средства измерения: динамометр с известной заранее жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора по механике.
Выполнение работы:
№ опыта
1 0,054
2 0,052
3 0,048 0,051 0,050 0,052 0,96
4 0,050
5 0,052
Вычисления:
Оценим погрешности:
Отношение потенциальных энергий запишем как:
откуда видно, что полученное отклонение от единицы лежит в пределах погрешности измерений.
Происхождение Земли определяет ее возраст, химический и физический состав. Наша Земля является одной из девяти планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон) Солнечной системы. Все планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца приблизительно в одной плоскости и в одном и том же направлении по орбитам-эллипсам, очень близким к окружностям.
Происхождение Земли еще с глубокой давности интересовало ученых, и по этому поводу было выдвинуто много гипотез, которые можно разделить на гипотезы горячего и холодного происхождения.
Немецкий философ Кант (1724—1804) выдвинул гипотезу, согласно которой Земля образовалась из туманности, состоящей из пылеватых частиц, между которыми существовали притяжение и отталкивание, в результате чего образовалось круговое движение туманности.
Французский математик и астроном Лаплас (1749—1827) выдвинул гипотезу, что Земля образовалась из единой раскаленной туманности, но движение ее не объяснил. По Канту Земля образовалась независимо от Солнца, а по Лапласу она является продуктом распада Солнца (образования колец).
По современным космогоничным представлениям Земля образовалась около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в солнечной системе газово-пылеватого вещества. В результате дифференциации веществ Земли под действием ее гравитационного поля в условиях разогрева земных недр возникли и развились различные по химическому составу, агрегатному состоянию и физическим свойствам оболочки — геосферы: ядро (в центре), мантия, земная кора, гидросфера и атмосфера.
Вопрос о происхождении Земли изучен еще недостаточно, и ученые всего мира усиленно работают в этом направлении.
Объяснение:
Эталон – это мера или измерительный прибор, служащий для воспроизведения, хранения и передачи единиц какой-либо величины. Эталон, утвержденный в качестве исходного для страны, называется Государственным эталоном.
Краткая историческая справка
Человеку необходимо описывать окружающую его действительность, причем так, чтобы его понимали другие люди. Именно по этой причине все цивилизации создавали свои системы измерений.
Современная система измерений берет свое начало в XVIII во Франции. Именно тогда комиссия из известнейших ученых предложила свою десятичную метрическую систему мер. Первоначально в метрическую систему входили метр, квадратный метр, кубический метр и килограмм (масса 1 куб. дециметра воды при 4 °C), вместимости – литр, то есть 1 куб. дециметр, площадь земельных участков – ар (100 кв. метров) и тонна (1000 килограммов).
В 1875 году была подписана метрическая конвенция, целью которой было обеспечение международного единства метрической системы. На базе этой метрической системы возникали свои системы и единицы, которые плохо соотносились друг с другом, поэтому в 1960 была принята Международная система единиц SI (СИ). В СИ принято несколько основных единиц измерения: метр, килограмм, ампер, кельвин, кандела, моль, а также дополнительные единицы для измерения углов – радиан и стерадиан.
Эталон массы
Чтобы погрешность измерений была минимальной, ученые создают большие и сложные в эксплуатации комплексы. Тем не менее, эталон массы неизменен – это платиново-иридиевая гиря, изготовленная в 1889 году. Всего было изготовлено 42 эталона, два из которых отправились в Россию.
Эталон килограмма хранится в Санкт-Петербурге, во ВНИИМ им. Д.М. Менделеева (именно он был инициатором принятия Россией французской метрической системы). Эталон стоит на кварцевой подставке, под двумя стеклянными колпаками (чтобы исключить попадание пыли), внутри стального сейфа. Эталонные весы, которые являются частью эталона, стоят на особом фундаменте. Эта конструкция весит 700 тонн и не связана со стенами здания, чтобы вибрации не искажали измерений.
Температура и влажность поддерживаются на неизменном уровне, а все операции ведутся с манипуляторов, чтобы исключить влияние температуры тела и случайных частыц впроде пылы, при использовании человеческого труда. Погрешность эталона массы России не превышает 0,002 мг.
Сущность измерительной операции осталась прежней и сводится к сравнению двух масс при взвешивании. Изобретены сверхчувствительные весы, растет точность взвешивания, благодаря которой появляются новые научные открытия, но все же эталон массы — это источник головной боли для метрологов всего мира.