ГДЗ Физика 10 класс Касьянов, номер Лаб. 4

Лаб. Движение тела по окружности под действием сил тяжести и упругости

Лабораторная работа 4. Движение тела по окружности под действием сил тяжести и упругости.

Цель работы: исследовать движение конического маятника; убедиться в том, что период движения конического маятника по заданной окружности не зависит от его массы; доказать, что это свойство маятника — следствие второго закона Ньютона.

Оборудование: груз, нить, штатив с муфтой и кольцом, лист бумаги, измерительная лента, часы с секундной стрелкой, динамометр.

Порядок выполнения: 1) собрать установку (рис. 352), длина маятника около 50 см; 2) начертить на листе окружность радиусом $R = 10$ см ( $Δ R = 0, 2$ см); 3) расположить лист так, чтобы центр окружности был под точкой подвеса; 4) измерить расстояние $h$ от точки подвеса до центра окружности ( $Δ h = 1$ см); 5) привести маятник в движение вдоль окружности и измерить время $t$ десяти оборотов ( $N = 10$ , $Δ t = 1$ с); 6–10) вычислить левую часть $Л_{8} = a_{n} = \frac{4 π ^{2} N ^{2}}{t ^{2}} R$ и её погрешность, правую часть $П_{8} = g \frac{R}{h}$ и её погрешность, сравнить $∣ Л_{8} - П_{8} ∣$ и $Δ Л_{8} + Δ П_{8}$ ; 11–15) оттянуть маятник на расстояние $R$ от положения равновесия, определить показание динамометра $F$ (погрешность — цена деления), вычислить $П_{9} = \frac{F}{m}$ при $m = (100 \pm 0, 5)$ г, $Δ П_{9}$ , сравнить $∣ Л_{9} - П_{9} ∣$ и $Δ Л_{9} + Δ П_{9}$ , сделать вывод.

Решение

Теория. На груз действуют сила тяжести и сила натяжения нити ; их равнодействующая направлена к центру окружности и сообщает грузу центростремительное ускорение. Второй закон Ньютона даёт (формула ()), где (формула ()). С учётом и получаем равенство ():

Масса

в нём сократилась, поэтому период обращения по заданной окружности от массы не зависит. Проверим равенство () на опыте.

Пример измерений (числа типичные, у вас будут немного другими): см м, см м, оборотов за с.

Способ (формула ()).

Левая часть (центростремительное ускорение по измерениям):
Погрешность левой части:
Правая часть:
Её погрешность:
Сравнение:

Так как , равенство () выполняется в пределах погрешности.

Способ (измерение равнодействующей динамометром). Оттягиваем маятник на расстояние и по динамометру (цена деления Н) находим Н; кг.

Правая часть равенства ():
Погрешность:
Левые части равенств () и () одинаковы: м/с². Тогда

Неравенство выполняется.

Вывод. Обоими способами левая и правая части совпадают в пределах погрешностей, значит, движение конического маятника подчиняется второму закону Ньютона: равнодействующая силы тяжести и силы упругости нити сообщает грузу центростремительное ускорение . Масса груза в это выражение не входит, поэтому период обращения по заданной окружности от массы не зависит.

Ответ

Пример измерений: м/с², м/с², ; м/с², — второй закон Ньютона подтверждён, период от массы не зависит.

Помогло?

Номер Лаб. 4 ГДЗ Физика 10 класс, Касьянов 2025, страница 446