Лабораторная работа №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ В КИНЕТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ

Цель: Исследовать явление превращения потенциальной энергии упругой деформации пружины в кинетическую энергию посту­пательного движения тела.

Оборудование: два штатива, динамометр, шар с отверстием, нить, линей­ка, белая и копировальная бумага, весы, гири.

Задание: Сравните экспериментально изменение потенциальной энергии растянутой пружины с изменением кинетической энергии тела, связанного с пружиной.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

По закону сохранения и превращения механической энергии при лю­бых взаимодействиях тел силами всемирного тяготения и упругости меха­ническая энергия системы тел не изменяется.

Поэтому, если скорость некоторого тела изменяется под действием пру­жины, то изменение кинетической энергии тела _k должно быть равно изменению потенциальной энергии пружины с противоположным знаком:

Если пружина жесткостью k имеет деформацию х, то ее потенциаль­ная энергия упругой деформации равна: .

Если потенциальная энергия полностью расходуется при взаимодейст­вии пружины жесткостью k и тела массой m, то это тело из состояния покоя должно приобрести такую скорость ₁, при которой выполняется ра­венство .

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Установите динамометр и шар на одинаковой высоте h от поверх­ности стола (рис.). Нить длиной 60—80 см одним концом зацепите за крючок динамометра, другим концом привяжите к шару.

2. Удерживая шар, отодвигайте штатив настолько, чтобы деформация пружины х была равна 10 см. Снимите показания динамометра F.

Определите жесткость пружины: .

3. По найденной жесткости k пружины и ее деформации х вычисли­те изменение потенциальной энергии упругой деформации: .

4. Отпустите шар. В месте падения шара положите листы белой и ко­пировальной бумаги. Место падения шара отмечается при ударе по копировальной бумаге.

Для определения скорости шара υ повторите опыт три раза и измерьте среднее значение дальности полета l шара при падении с высоты h (см. рис) , . Массу шара измерьте с помощью весов. Вычислите изменение кинетической энергии шара: .

Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу.

h, м	x, м	F, м			m, кг	l, м	υ, м/с	, Дж

5. Сравните полученные значения Е_р и E_k и сделайте вывод.

6. Оцените границы погрешности определения потенциальной энергии растянутой пружины и кинетической энергии шара.

1. Каким выражением определяется потенциальная энергия деформирован­ной пружины?

2. Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?

3. При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?