Тема работы: Изучение движения тела по окружности

Цель работы: Определить центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по окружности.

Приборы и материалы: Штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка.

Теоретический материал:

Эксперименты проводятся с коническим маятником. Небольшой шарик движется по окружности радиусом R. При этом нить АВ, к которой прикреплён шарик, описывает поверхность прямого кругового конуса. Из кинематических соотношений следует, что

а_n = ω²R = 4π²R/T².

На шарик действуют две силы: сила тяжести mg и сила натяжения нити F (рис. Л.2, а). Согласно второму закону Ньютона m = m + . Разложив силу  на составляющие ₁ и ₂, направленные по радиусу к центру окружности и по вертикали вверх, второй закон Ньютона запишем следующим образом: m = m + ₁ + ₂. Тогда можно записать: mа_n = F₁. Отсюда а_n = F₁/m.

Модуль составляющей F₁ можно определить, пользуясь подобием треугольников ОАВ и F₁FB: F₁/R = mg/h (|m| = |₂|). Отсюда F₁ = mgR/h и a_n = gR/h.

Сопоставим все три выражения для а_n:

а_n = 4 π²R/T²,     а_n =gR/h,     а_n = F₁/m

и убедимся, что числовые значения центростремительного ускорения, полученные тремя способами, примерно одинаковы.

Ход работы.

1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г.

2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива (рис. Л.2, б).

3. Начертите на листе бумаги окружность, радиус которой около 20 см. Измерьте радиус с точностью до 1 см.

4. Штатив с маятником расположите так, чтобы продолжение нити проходило через центр окружности.

5. Взяв нить пальцами у точки подвеса, вращайте маятник так, чтобы шарик описывал такую же окружность, как и начерченная на бумаге.

6. Отсчитайте время, за которое маятник совершает заданное число (например, в интервале от 30 до 60) оборотов.

7. Определите высоту конического маятника. Для этого измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем h ≈ l).

8. Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам

9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей ₁.

Затем вычислите ускорение по формуле 

10. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу.

11. Сделайте вывод по выполненной работе.

12. Оформите отчет в электронном виде и отправьте его по электронной почте учителю.

Требования к оформлению отчета:

Оформите отчет средствами текстового процессора MS WORD, соблюдая следующие правила оформления:

1. Ориентация листа книжная.

2. Поля: левое - 2,5 см, правое - 1,5 см, верхнее - 1,5 см, нижнее - 1,5 см.

3. Заголовок страницы: выравнивание по центру, шрифт Times New Roman 16 пунктов, полужирный.

4. Основной текст: выравнивание по ширине, шрифт Times New Roman 14 пунктов, обычный, строчные заголовки - полужирный.

5. Форматирование абзаца: выравнивание по ширине, межстрочный интервал - одинарный, первая строка - нет, интервал после абзаца - 6 пунктов.

6. Формулы и расчеты: записываются с помощью редактора формул, выравнивание по центру.

7. Таблицы: выравнивание по центру.

8. Дата выполнения: выравнивание по правому краю, формат даты (дд.мм.гггг).

Образец отчета: скачать ->

Содержание