Лабораторная работа №2 Исследование движения тела, брошенного горизонтально
Цель работы
Освоить определения начальной скорости тела, брошенного горизонтально, по высоте броска и дальности полёта.
Оборудование
Штатив с муфтой и лапкой, жёлоб дугообразный, шарик стальной, металлический цилиндр (калориметрическое тело), листы белой и копировальной бумаги, рулетка, скотч.
Необходимые сведения
Экспериментальная установка для проведения работы показана на рисунке 6.
Рис. 6
Объектом исследования является движение шарика, который скатывается с дугообразного жёлоба, закреплённого на некоторой высоте над столом.
Если шарик бросить горизонтально, его полёт можно рассматривать как два независимых движения: равномерное по горизонтали и равноускоренное по вертикали. Скорость равномерного движения υ равна начальной скорости полёта υ0. Bpeмя этих движении одинаково, причем по горизонтали , а по вертикали . Учитывая, что tг = tв и υ = υ0, можно получить формулу для определения начальной скорости шарика υ0:
s — расстояние по горизонтали, которое пролетит шарик; H — высота, на которой произошёл отрыв шарика от жёлоба.
Подготовка к работе
1. Выведите формулу (1).
2. Укажите, какие величины подлежат прямым измерениям при выполнении опыта каких приборов их можно измерить?
3. Запишите формулы для определения относительной и абсолютной погрешностей измерения начальной скорости шарика.
4. Укажите факторы, которые могут повлиять на точность результата. Предложите уменьшения их влияния.
5. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений.
Таблица для записи результатов измерений и вычислений
Номер опыта H, 10-3 м s, 10-3 м scp, 10-3 м υ0, м/с
1
2
3
4
5
Порядок выполнения работы
1. Закрепите, используя детали штатива, жёлоб так, чтобы его отогнутая часть располагалась строго горизонтально на высоте 25—30 см над столом.
2. Прикрепите скотчем к верхней части жёлоба цилиндр, который будет определять точку пуска шарика.
3. Нанесите на столе карандашом метку точно под нижним концом жёлоба, используя угольник (или самодельный отвес в виде гайки с привязанной нитью).
4. Измерьте высоту H нижнего конца жёлоба с учётом погрешности измерения.
5. Проведите пробный пуск шарика, приложив его к нижнему основанию цилиндра, закрепленного на жёлобе, и отпустив без толчка.
6. Положите на место падения шарика на стол лист бумаги, накройте его копировальной бумагой и прикрепите к столу скотчем.
7. Проведите серию пусков шарика, прикладывая его каждый раз вплотную к цилиндру.
8. Измерьте по меткам на бумаге расстояние s, которое шарик пролетал над столом при каждом пуске.
9. Вычислите среднее значение scp.
10. Вычислите значение начальной скорости шарика υ0 выч по формуле (1).
11. Вычислите значение абсолютной погрешности измерения Δυ0.
12. Запишите значение начальной скорости с учётом погрешности измерения: υ0 = υ0 выч ± Δυ0.
Для выполнения этой работы нам понадобится следующее оборудование: штатив с муфтой и лапкой, дугообразный желоб, стальной шарик, металлический цилиндр (калориметрическое тело), листы белой и копировальной бумаги, рулетка и скотч.
Для начала, давайте разберемся с некоторыми понятиями, которые нам понадобятся для работы. В данной работе мы будем рассматривать движение шарика, который скатывается с дугообразного желоба, находящегося на некоторой высоте над столом. Когда мы бросаем шарик горизонтально, его полет можно разделить на два независимых движения: равномерное движение по горизонтали и равноускоренное движение по вертикали. Величина скорости в горизонтальном движении обозначается как v, а начальная скорость полета шарика обозначается как v0. Время движения по горизонтали и вертикали одинаково. Чтобы найти начальную скорость v0 шарика, можно использовать следующую формулу: v0 = s / t, где s - расстояние, которое пролетит шарик по горизонтали, и t - время полета по вертикали.
Теперь перейдем к подготовке к работе. Выведем формулу (1) для определения начальной скорости шарика. Формула выглядит следующим образом: v0 = s / t. Теперь укажем, какие величины нам надо измерить. Нам понадобятся высота H, расстояние s, время t и начальная скорость v0. Высоту H и расстояние s можно измерить с помощью рулетки. Время t можно измерить с помощью секундомера или другого соответствующего прибора. Наконец, начальную скорость v0 мы определим, используя формулу (1).
Также нам необходимо учесть погрешности измерений. Погрешность измерения начальной скорости шарика можно определить с помощью формулы для относительной и абсолютной погрешностей измерения. Но здесь нам нужно узнать формулы для определения этих погрешностей.
Другой важный момент - факторы, которые могут повлиять на точность результата. В данной работе точность результатов может быть снижена из-за неправильной установки желоба, неточной фиксации цилиндра на нем, неточного измерения высоты H и расстояния s, ошибок при проведении пробных пусков и других факторов. Чтобы уменьшить влияние этих факторов, мы должны быть аккуратны и внимательны при выполнении работы, а также повторить несколько раз все измерения и вычисления для получения более точных результатов.
Теперь давайте подготовим таблицу для записи результатов измерений и вычислений. В таблице будут следующие столбцы: номер опыта, высота H, расстояние s, значение scp и значение начальной скорости шарика v0. Запишем пока только номера опытов в таблицу, остальные значения мы будем заполнять в процессе выполнения работы.
Перейдем к порядку выполнения работы. Следуйте следующим шагам:
1. Закрепите желоб на штативе таким образом, чтобы его отогнутая часть была строго горизонтальна на высоте 25-30 см над столом.
2. Прикрепите цилиндр к верхней части желоба с помощью скотча. Цилиндр будет служить точкой пуска шарика.
3. На столе, под нижним концом желоба, сделайте метку с помощью карандаша, используя угольник или самодельный отвес.
4. Измерьте высоту H нижнего конца желоба с учетом погрешности измерений (обратитесь к прибору, которым будете измерять высоту, чтобы узнать его точность).
5. Проведите пробный пуск шарика, просто приложив его к нижней части цилиндра и отпустив без толчка.
6. Положите лист белой бумаги на стол в месте падения шарика и прикрепите его скотчем.
7. Проведите серию пусков шарика, каждый раз прикладывая его к цилиндру.
8. Измерьте на бумаге расстояние s, которое шарик пролетал над столом при каждом пуске.
9. Вычислите среднее значение scp - это будет среднее расстояние, которое шарик пролетел по горизонтали.
10. Вычислите значение начальной скорости шарика v0 по формуле v0 = s / t. Не забудьте использовать значения s и t из предыдущих измерений.
11. Вычислите значение абсолютной погрешности измерения начальной скорости шарика Δv0.
12. Запишите значение начальной скорости v0 с учетом погрешности измерений: v0 = v0 выч ± Δv0.
Теперь у вас есть все необходимые инструкции для выполнения этой лабораторной работы. Хорошей вам работы! Если у вас есть вопросы, не стесняйтесь задавать.