Методические указания к выполнению лабораторных занятий по дисциплине «физика» Алмалык 2020

Порядок выполнения работы

1. Грузы снимают со стержней крестовины.

2. Изменяют штангенциркулем диаметр шкива, вычисляют его радиус r.
3. Вращая крестовину, поднимают площадку на высоту h над скамейкой и отмечают это расстояние.
4. Кладут на площадку грузик массой m_o и предоставляют возможность площадке с грузиком падать. Определяют время падения t, для этого секундомер включают в момент начала падения и останавливают в момент удара площадки о скамейку.
5. Вычисляют момент инерции вращающейся системы по формуле (2.12).
6. Опыт повторяют 5 раз. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 1. Вычисляют среднее значение момента инерции крестовины без грузов I_o.
7. На концах крестовины закрепляют грузы так, чтобы крестовина была в безразличном равновесии, и повторяют опыт с грузиком m пять раз.
Каждый раз вычисляют момент инерции. Находят среднее значение момента инерции крестовины с грузами I₁. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 2.
8. Потом грузы закрепляют ближе к середине крестовины так, чтобы крестовина была в безразличном равновесии, и повторяют опыт с грузиком m пять раз.
Каждый раз вычисляют момент инерции. Находят среднее значение момента инерции крестовины с грузами I₂. Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 3.
9. Вычисляют абсолютную и относительную ошибки по формуле: I_i|_i>–I_i|,  100%.
Таблица 1
Определение момента инерции крестовины без грузов

№	m, кг	r, м	h, м	t, с	Io, кгм^2	o>	Io	Io	, %
1.
2.
3.
4.
5.

Таблица 2

Определение момента инерции крестовины с грузами

№	m, кг	r, м	h, м	t, с	I1, кгм^2	1>	I1	I1	, %
1.
2.
3.
4.
5.

Таблица 3

Определение момента инерции крестовины с грузами

№	m, кг	r, м	h, м	t, с	I2, кгм^2	2>	I2	I2	, %
1.
2.
3.
4.
5.

Момент инерции груза на крестовине определяют по формуле:


Контрольные вопросы
1. Какое движение называется вращательным?
2. Какими физическими величинами характеризуется вращательное движение?
3. Написать формулы, связывающие физические величины поступательного и вращательного движения.
4. Написать и объяснить закон сохранения энергии для данной системы.
5. Написать II закон Ньютона для вращательного движения.
6. Вывод рабочей формулы.


Лабораторная работа №3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА МЕТОДОМ ИЗГИБА


Цель работы: Определение модуля Юнга воздействием на середину стержня силы тяжести.


Приборы и принадлежности: две опоры, испытуемые стержни, набор грузов, микрометр, штангенциркуль, линейка.


Теоретическое введение

Сила характеризует воздействие одного тела на другое. В результате этого воздействия тело может прийти в движение или деформироваться. Деформацией твердого тела называется изменение его размеров и объема.

Деформацию в твердом теле грубо можно представить так: в зоне упругих деформаций (упругой деформацией называется такая деформация, когда тело после прекращения действия сил, вызывающих деформацию, принимает первоначальные размеры и форму) кристаллики твердого тела изменяют свою форму, не сдвигаясь и не разрушаясь. После снятия нагрузки они возвращаются в прежнее состояние, под влиянием сил взаимодействий между кристалликами. Рассмотрим однородный стержень длиной l и поперечным сечением S (рис. 1). К концам стержня вдоль оси стержня приставлены силы F₁ и F₂. При этом длина стержня изменяется на |l|. Таким образом, в упруго деформированном теле возникают внутренние силы, которые уравновешивают внешние силы, приложенные к телу. Физическая величина , численно равная упругой силе dF_уп, приходящаяся на единицу площади сечения dS тела, называется напряжением:
 .
Напряжение называется нормальным, если сила dF_уп направлена по нормали к площадке dS, и касательным, если она направлена по касательной к этой площадке. Для нормального напряжения
_o . (4.1)
В зоне пластических деформаций (пластические деформации возникают тогда, когда силы, действующие на тело, перешли определенный предел, называемый пределом упругости, определенный для каждого тела; после превышения внешними силами этого предела тело не восстанавливает свои формы и размеры) происходит кроме изменения формы кристалликов еще и скольжение в них, а также смещение их относительно друг друга и разламывание. Эти изменения уже не могут исчезнуть после снятия нагрузки. Тело остается деформированным, в нем возникают остаточные деформации. Если после появления в теле остаточных деформаций мы продолжаем увеличивать внешнюю силу, то наблюдается разрушение тела. Это явление наступает тогда, когда напряжения , возникающие в теле под действием деформирующей силы, переходят предел прочности тела.
Деформации тела бывают разные: растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб. Мерой деформации является относительная деформация
l/l, (4.2)
равная отношению абсолютной деформации l к первоначальному значению величины l, характеризующей размеры или форму тела. При всестороннем растяжении или сжатии l означает объем V (l – увеличение или уменьшение объема V, вызванное деформацией), а при продольном растяжении или сжатии l означает длину L.
Зависимость между напряжением  и относительной деформацией  показана на рис.4.2. Точка A соответствует пределу упругости. Английский физик Р. Гук установил законы упругих деформаций. Основной закон (закон Гука) говорит о том, что напряжение упруго деформированного тела пропорционально его относительной деформации
k,
где k – модуль упругости.
Закон Гука справедлив только на участке ОА (рис. 2). При дальнейшем увеличении напряжения зависимость () станет нелинейным. Если после превышения границы упругости действие внешних сил прекратить, то твердое тело возвратится в прежнее состояние не по линии BO, а параллельной ей линии CF. В области CD напряжение не меняется, а деформация будет расти. Эта область называется «областью течения» (или областью пластической деформации). Дальнейшее растяжение тела приведет к разрушению тела (после точки E). Максимальное напряжение, которое приводит к разрушению тела называется границей прочности этого тела _пр.
При продольном растяжении или сжатии модуль упругости называется модулем Юнга и закон Гука запишется так:
E, (4.3)
где E – модуль Юнга. Из формул (4.1) и (4.3), заменив l/l, получим:
E . (4.4)
Если l=l, то модуль Юнга E_o , т.е. модуль Юнга равен нормальному напряжению, которое возникло бы в образце при увеличении его длины в два раза, если бы при этих деформациях был бы справедлив закон Гука. Так как относительная деформация  – отвлеченное число, то единица модуля упругости в системе СИ
[E]  .