Исследование сохранения механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и упругости. Цель работы
Исследование сохранения механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и упругости. Цель работы: сравнить два процесса - уменьшение потенциальной энергии тела, прикрепленного к пружине и падающего, и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины. Для измерений используются следующие инструменты: 1) динамометр, у которого жесткость пружины составляет 40 Н/м; 2) измерительная линейка; 3) груз из набора по механике с массой (0,100 ±0,002) кг. Материалы, необходимые для проведения работы: 1) фиксатор; 2) штатив с муфтой и лапкой. Для исследования используется установка, показанная на рисунке 180.
Наталья 56
для изучения сохранения механической энергии. Процесс исследования можно разделить на несколько этапов.1. Подготовительный этап:
- Проверьте, что все необходимые инструменты и материалы доступны и правильно работают.
- Установите штатив на стабильной основе и закрепите муфту и лапку на штативе таким образом, чтобы они были горизонтально выровнены.
- Подвесьте динамометр на лапку штатива так, чтобы он располагался внизу, и его пружина была натянута вверх.
- Установите измерительную линейку вертикально рядом с динамометром. Убедитесь, что линейка уровнена и позволяет точные измерения.
2. Проведение первого эксперимента:
- Зафиксируйте груз на нижней части пружины динамометра.
- Замерьте начальную длину пружины (L_0) с помощью измерительной линейки и запишите значение.
- Осторожно отпустите груз, позволяя ему свободно падать. Обратите внимание на максимальное отклонение пружины (L_max).
- Замерьте длину пружины в момент максимального отклонения и запишите значение (L").
- Используя полученные значения, рассчитайте изменение длины пружины (ΔL = L" - L_0) и потенциальную энергию груза при падении (mgh), где m - масса груза, g - ускорение свободного падения, h - высота подъема груза.
3. Проведение второго эксперимента:
- Зафиксируйте груз на нижней части пружины динамометра.
- Растяните пружину на определенное расстояние и измерьте новую длину пружины (L_t).
- Замерьте длину пружины после растяжения (L").
- Используя полученные значения, рассчитайте изменение длины пружины (ΔL = L" - L_t) и потенциальную энергию пружины (1/2kΔL^2), где k - жесткость пружины.
4. Обработка результатов:
- Сравните результаты двух экспериментов по изменению потенциальной энергии.
- Обратите внимание на то, как изменяется потенциальная энергия при движении груза в каждом эксперименте.
- Сделайте выводы о сохранении механической энергии при движении тела под действием силы тяжести и упругости.
В результате выполнения данного исследования школьник сможет понять, что при падении тела под действием силы тяжести его потенциальная энергия уменьшается, а при растяжении пружины потенциальная энергия увеличивается. Это объясняется законом сохранения механической энергии, согласно которому сумма кинетической и потенциальной энергий тела остается постоянной при его движении.