Изучение движения тела по окружности. Цель работы: определить центростремительное ускорение шарика при его равномерном движении по окружности. Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, лента измерительная, циркуль, динамометр лабораторный, весы с разновесами, шарик на нити, кусочек пробки с отверстием, лист бумаги, линейка. 1. Определите массу шарика на весах с точностью до 1 г. 2. Нить проденьте сквозь отверстие в пробке и зажмите пробку в лапке штатива. 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: измерьте расстояние по вертикали от центра шарика до точки подвеса (считаем ). 8. Найдите модуль центростремительного ускорения по формулам и . 9. Оттяните горизонтально расположенным динамометром шарик на расстояние, равное радиусу окружности, и измерьте модуль составляющей . Затем вычислите ускорение по формуле . 10. Результаты измерений (в СИ) и вычислений занесите в таблицу 4; сравните три значения ускорения.
Дано:
Решение:
Пример измерений: приведённые числа показывают, как заполнить таблицу; в реальном опыте их заменяют показаниями своих приборов. Радиус окружности отмечают циркулем, время
По определению периода один оборот длится
По формуле центростремительного ускорения для равномерного движения по окружности
Из подобия треугольников сил и размеров конического маятника, приведённого в теоретической части работы,
По второму закону Ньютона в направлении к центру окружности
Значения практически совпадают. Небольшая разница в первом результате вызвана округлением времени, радиуса и силы, а также тем, что рукой трудно поддерживать строго равномерное вращение.
Пример:
