Лабораторная работа № 5 на цифровом оборудовании «Изучение закона сохранения энергии»

Лабораторная работа № 5

«Изучение закона сохранения энергии»

Цель работы: экспериментальное изучение перехода потенциальной энергии в кинетическую при колебательных движениях.

Приборы и материалы: цифровой датчик положения, штатив, 2 крестовины, 2 поперечные перекладины, металлический шарик с ушком для подвеса, нить, линейка.

Гипотеза: если________________________,то______________________________________________.

Основные сведения (краткие теоретические сведения):

Закон сохранения механической энергии – в замкнутой консервативной системе (действуют только потенциальные силы и отсутствуют силы трения и сопротивления) полная механическая энергия сохраняется. Этот закон подтверждается экспериментально.

Эксперимент проводится с грузом на нерастяжимой нити. В отсутствии сил трения и сопротивления воздуха, механическая энергия груза должна сохраняться. При колебаниях она меняет свою форму.

В процессе работы исследуем переход потенциальной энергии металлического шарика в кинетическую при угле отклонения нити от положения равновесия 15º.

В системе координат относительно точки равновесия подвешенного груза механическая энергия равна:

Е_полная = Е_{кинетич} + Е_потенц

Е_полная =  + mgh,

где m [кг] – масса груза, ⱴ [] – скорость груза, g  10  – ускорение свободного падения,

h [м] – высота подъёма груза.

При колебаниях груза в верхних точках траектории груз останавливается, кинетическая энергия, соответственно, становится равной 0, энергия полностью переходит в потенциальную форму.

В нижней точке траектории в выбранной нами системе координат потенциальная энергия становится равной 0, скорость движения достигает максимума и энергия полностью переходит в кинетическую форму энергии.

Потенциальная энергия шарика в верхней точке траектории преобразована в кинетическую энергию в нижней точке траектории следовательно можно записать:

 = mgh,

 = gh     –  является проверкой выполнения закона сохранения энергии эксперимента.

В реальном эксперименте присутствует сила трения и сопротивления воздуха, энергия тратится на работу сил трения. Поэтому для измерения энергии будем использовать начальные колебания подвешенного шарика, т.е. два ближайших значения положения шарика на дисплее компьютера.

Обратите внимание на полученные очень близкие, но неравные значения кинетической и потенциальной энергии шарика. Всякий реальный эксперимент имеет определенную погрешность (менее 10 %), но кроме того на нестрогом равенстве сказываются потери на трение нити подвеса.

ТБ: приступая к работе, внимательно ознакомьтесь с заданием и оборудованием. Слушайте и выполняйте все требования учителя. Не пользуйтесь приборами без его разрешения.

Выполнение работы.

Пример выполнения задания по рисунку 1.

Среднюю путевую скорость при пролете мимо датчика можно определить, как ⱴ =  , где  = 18,3 мм – диаметр шарика,  – время пролета.

1. Схема установки.

2. Таблица результатов.

3. Расчеты.

 1) ε % =  ∙ 100 % = 5,4 %  10 %

2) ε % = _______________________________________________________________________________

В какой момент потенциальная энергия переходит в кинетическую при движении груза?

4. ВЫВОД: ___________________________________________________________________________.

Контрольные вопросы.

Ответы:_______________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________

________________________________________________________

_______________________________________________________

_________________________________________________________

_______________________________________________________

_______________________________________________________