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

Теория метода и описание установки



Определить модуль упругости можно методом изгиба стержня, обоими концами положенного на твердые опоры и нагруженного в середине грузом определенного веса. Действие этой силы вызовет деформацию изгиба (рис. 4.3). В этом случае величина деформации характеризуется так называемой стрелкой прогиба , т.е. тем расстоянием, на которое опускается точка приложения силы, действующей на стержень. Зная стрелку прогиба , находят модуль Юнга по формуле
E , (4.5)
где P – сила вызывающая деформацию (изгиб), l – длина стержня, a – ширина поперечного сечения стержня, b – высота.
Применение формулы (4.5) возможно лишь при условии, если стержень прямоугольного сечения и изгибающая сила действуют параллельно той стороне сечения, которая входит в знаменатель в третьей степени.


Порядок выполнения работы

1. С помощью штангенциркуля в нескольких местах измеряется ширина поперечного сечения a и высота b стержня.

2. Стержень обоими концами положим на твердые опоры и с помощью линейки измерим расстояние l между опорами.
3. На стержень поставим микрометр и запишем его нулевое (без грузов) показание n_o.
4. На площадку микрометра положим грузы определенного веса и с помощью микрометра определим показание n₁.
5. Последовательно по одному будем убирать грузы со стержня, и записывать показания микрометра n₁.в таблицу 1.
6. Для каждого груза по формуле =(n₁+n₂)/2 определим среднее показании микрометра и по формуле =|–n_o| стрелку прогиба .
7. Результаты измерений заносим в таблицу 1.
Таблица 1

№

a,м

b,м

l,м

m,кг

no,м

n1,м

n2,м

n,м

, м

E, Нм^2

E

E

E



1.

2.

3.

4.

5.

6.

6. По формуле (4.5) рассчитаем Модуль Юнга.

7. Затем определяем , <E> и  100%.
8. Результат измерений и вычислений записываем в виде:
E<E>


Контрольные вопросы

1. Что называют деформацией? Какие виды деформаций существуют? Какими величинами они характеризуются?

2. Что называется механическим напряжением?
3. Закон Гука и условие его выполнения.
4. Что такое граница прочности?
5. Объясните физический смысл модуля Юнга.
6. Объясните график зависимости  от .
7. Вывод рабочей формулы.

Лабораторная работа №4

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ.
Цель работы: Изучение законов динамики колебательного движения. Определение ускорения свободного падения с помощью математического маятника и момента инерции твердого тела с помощью физического маятника.
Приборы и принадлежности: математический маятник, физический маятник, секундомер, линейка.


Теоретическое введение
Движение, обладающее той или иной степенью повторяемости, называется колебательным движением или просто колебанием.
Колебание, при котором состояние движения повторяется через определенные, равные промежутки времени, называется периодическим, а наименьший промежуток времени, через который повторяется состояние движения, называется периодом колебаний. Период колебаний есть время одного полного колебания, а величина, обратная периоду колебаний называется частотой колебаний.
1T  T1.
Частота колебаний в СИ измеряется в герцах. 1 Гц есть частота такого периодического колебательного движения, при котором за 1 с совершается одно полное колебание, то есть 1 Гц1¹.
Циклической или круговой частотой с1 с^–
колебаний () называется величина, равная числу полных колебаний за 2 секунд.
22T.
Если за t секунд совершается N полных колебаний, то период колебаний TtN.
Частота колебаний Nt.
Циклическая частота 2T.
Периодическое колебание, происходящее по закону синуса или косинуса называется гармоническим. Уравнение (кинематическое) гармонического колебания:
xAcos(t_o)Acos(2t_o), (3.1)
yAsin(t_o)Asin(2t_o). (3.2)
В уравнениях (3.1) и (3.2) х (или y) смещение колеблющейся материальной точки (частицы) от положения равновесия, А – амплитуда колебаний (т.е. наибольшее смещение от положения равновесия). Выражение (t_o) называют фазой колебаний. Фаза колебаний характеризует положение колеблющейся частицы в данный момент времени t0. Она показывает, какая часть периода прошла с момента начала отсчета колебаний.
Величина _o называется начальной фазой колебаний и она характеризует положение колеблющейся частицы в начальный момент времени t0, т.е. показывает, с какого момента времени начать отсчет колебаний. Любая частица, совершающая гармонические колебания называется гармоническим осциллятором. Колебания гармонического осциллятора, происходящие в отсутствие внешних воздействий (осциллятор выведен из состояния равновесия и представлен самому себе) называются свободными. Уравнение динамики свободных колебаний (дифференциальное уравнение гармонических колебаний)
_o²x0, (3.3)
где х – смещение, а _o – циклическая частота свободных гармонических колебаний.