Лабораторная работа №1: Исследование связи работы силы с изменением механической энергии

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

«Исследование связи работы силы с изменением механической энергии тела на примере растяжения резинового жгута»

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: сравнить изменения потенциальной энергии груза и потенциальной энергии пружины. Измерить максимальную скорость груза.

ОБОРУДОВАНИЕ: динамометр, линейка ученическая, набор грузов массой по 100г, штатив, прочная нить.

Ход работы

1. Перейти на виртуальную лабораторную работу по ссылке: https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs-basics/latest/masses-and-springs-basics_all.html
2. Выбрать «Lab». В самой работе ползунок в Spring Strength 1 передвинуть в любое место.
3. Отметьте из списка справа инструмент «Period Trace», чтобы видеть траекторию движения груза. «Unstretched Length» которая показывает начальное положение пружины до взаимодействия с грузом.
4. Выбрать массу груза по формуле 50 + (ваш номер в списке класса). Это оранжевый груз.
5. Внизу находятся кнопки управления модели, нажимая, вы можете «остановить время» работы. Удобно при измерении временных промежутков рядом расположить секундомер, чтобы вовремя отсечь время (рис 1).

Рис 1

6. Подвесьте груз на пружину, остановите колебания. (красная кнопка сверху)
7. «Остановите время». Оттяните груз по линейке вниз. Измерьте удлинение пружины от «Unstretched Length» до крепления груза (\(\Delta x_1\), не более 60см). Запишите значение в таблицу.
8. «Запустите время». Измерьте удлинение пружины от инструмента «Unstretched Length» до самой верхней точки колебания крепления груза (\(\Delta x_2\)). Запишите в таблицу.
9. Измерьте расстояние от «Center of Oscillation» до нижней точки колебания центра груза (\(h_1\)). Учтите что «Center of Oscillation» это метка нулевой высоты. Если у вас расстояние измеряется для груза ниже метки нулевой высоты, то ответ пишите с минусом!!! В формулу так же подставлять с минусом.
10. Измерьте расстояние от «Center of Oscillation» до верхней точки колебания центра груза (\(h_2\)). Учтите что «Center of Oscillation» это метка нулевой высоты. Если у вас расстояние измеряется для груза ниже метки нулевой высоты, то ответ пишите с минусом!!! В формулу так же подставлять с минусом.
11. Нажмите пуск секундомера, а потом «запустите время». Измерьте период колебания груза, замеряя время 10 циклов колебаний. Результаты внесите в таблицу.
12. Пользуясь формулой колебания физического маятника рассчитайте коэффициент жесткости пружины. (если придумаете свой способ определения коэффициента жесткости доп 5, но только первой работе, которую пришлете)
\[T = 2\pi \sqrt{\frac{m}{k}}, T = \frac{t}{n}, \text{ где } n = 10 \text{ колебаниям}\]
13. Далее указана полная энергия груза при колебании в верхней точке и нижней точке (нулевая отметка высоты - положение инструмента «Center of Oscillation»). Рассчитайте полную энергию груза (\(E_1\)), когда груз был максимально внизу и полную энергию груза (\(E_2\)), когда груз поднялся максимально вверх.
\[E_1 = E_{пп_1} + E_{пг_1} = \frac{k\Delta x_1^2}{2} + mg\Delta x_1\] \[E_2 = E_{пп_2} + E_{пг_2} = \frac{k\Delta x_2^2}{2} + mg\Delta x_2\] \(E_{пп}\) – потенциальная энергия пружины, \(E_{пг}\) – потенциальная энергия груза
14. Сравните получившиеся значения. Можно ли сделать вывод о сохранении энергии?
15. Проделайте пункты 6-13 для другой массы (прибавьте 40 грамм к вашей массе).
16. Проделайте пункты 6-13 для другого небесного тела (рис 2).

Рис 2

17. Сделайте общий вывод о сохранении энергии для всех измерений.

Таблица: