Nº 5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два…
Nº 5. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения по-тенциальной энергии системы. Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лаборатор-ный, линейка, груз массой 43 г на нити длиной l, набор картонок толщиной порядка 2 мм, краска и кисточка. Указания к работе. Для выполнения работы собирают установку, по-казанную на рисунке Л.4. Динамометр укрепляется в лапке штатива. Порядок выполнения работы. Привяжите груз к одному концу нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F, = mg (в данном случае вес груза равен силе тяжести). Измерьте длину I нити, на которой привязан груз. На нижний конец груза нанесите немного краски. 4. Поднимите груз до точки крепления нити к крючку динамометра. 5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию кра- Л.4 ски на столе, что груз не касается его при падении. 6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски. 7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости F упр и линейкой максимальное растяжение пружины Д, отсчитывая его от нулевого деления динамометоа. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = 1 + Д/ (это высота, на которую смещается центр тяжести груза). Вычислите потенциальную энергию поднятого груза: E" = mg(l + Al). 10. Вычислите энергию деформированной пружины: 2 , где к =. Еупр AI Подставив выражение для k в формулу для энергии Е", получим 11. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу 7. Таблица 7 F, = mg, 1, м Al, M Еупр» Н h = 1 + Al, M E" = mg(l + Al), Дж Дж этих энергий те задчетия совсем точи L = 0,34 Изменение L = 0,095 Сила упругости = 0,435 Сделай вывод
Для выполнения анализа и вывода результатов эксперимента, нам необходимо собрать все данные и выполнить соответствующие вычисления.
Данные:
- Масса груза (m) = 43 г = 0,043 кг
- Длина нити (l) = 0,34 м
- Изменение длины пружины (Δl) = 0,095 м
- Сила упругости (Fупр) = 0,435 Н
Вычисления:
Вес груза (F): \[ F = mg = 0,043 \, \text{кг} \times 9,81 \, \text{м/с}^2 = 0,421 \, \text{Н} \]
Высота (h): \[ h = l + \Delta l = 0,34 \, \text{м} + 0,095 \, \text{м} = 0,435 \, \text{м} \]
Потенциальная энергия поднятого груза (E_p): \[ E_p = mg(l + \Delta l) = 0,043 \, \text{кг} \times 9,81 \, \text{м/с}^2 \times 0,435 \, \text{м} \approx 0,183 \, \text{Дж} \]
Коэффициент жесткости пружины (k): Чтобы найти коэффициент жесткости, используем отношение силы упругости к изменению длины: \[ k = \frac{F_{\text{упр}}}{\Delta l} = \frac{0,435 \, \text{Н}}{0,095 \, \text{м}} \approx 4,579 \, \text{Н/м} \]
Энергия деформированной пружины (E_упр): \[ E_{\text{упр}} = \frac{1}{2} k (\Delta l)^2 = \frac{1}{2} \times 4,579 \, \text{Н/м} \times (0,095 \, \text{м})^2 \approx 0,0206 \, \text{Дж} \]
Результаты:
| Параметр | Значение |
|---|---|
| Вес груза (F) | 0,421 Н |
| Длина нити (l) | 0,34 м |
| Изменение длины пружины (Δl) | 0,095 м |
| Сила упругости (F_упр) | 0,435 Н |
| Высота (h) | 0,435 м |
| Потенциальная энергия груза (E_p) | 0,183 Дж |
| Коэффициент жесткости пружины (k) | 4,579 Н/м |
| Энергия деформированной пружины (E_упр) | 0,0206 Дж |
Вывод:
- Потенциальная энергия поднятого груза значительно выше, чем энергия деформированной пружины. Это подтверждает закон сохранения механической энергии, поскольку при падении груза потенциальная энергия будет преобразована в кинетическую и, в конечном итоге, в энергию пружины.
- Разница в потенциальной энергии и энергии пружины может объясняться потерями энергии на трение или деформацию.
- Упругие свойства пружины играют важную роль в системе, но в данном случае максимальная потенциальная энергия превышает максимальную энергию, накопленную в пружине.
Следовательно, данное исследование показывает важность понимания и применения закона сохранения механической энергии в различных механических системах.
