Лабораторная работа
Исследование превращения потенциальной энергии упругой деформации в кинетическую энергию
Цель работы:
исследовать явление превращения потенциальной энергии упругой деформации пружины в кинетическую энергию поступательного движения тела
Оборудование:
два штатива, динамометр, шар с отверстием, нить, линейка, белая и копировальная бумага, весы, гири
Содержание работы
По закону сохранения и превращения механической энергии при любых взаимодействиях тел силами всемирного тяготения и упругости механическая энергия системы тел не изменяется.
Поэтому если скорость некоторого тела изменяется под действием пружины, то изменение кинетической энергии тела ∆Еk должно быть равно изменению потенциальной энергии пружины с противоположным знаком: ∆Еk = — ∆Ер , ∆Еk + ∆Ер = 0.
Если пружина жесткостью k имеет деформацию х , то ее потенциальная энергия упругой деформации равна : Ер =.
Если потенциальная энергия полностью расходуется при взаимодействии пружины жесткостью k и тела массой m , то это тело из состояния покоя должно приобрести такую скорость , при которой выполняется равенство =
Порядок выполнения работы
1. Установить динамометр и шар на одинаковой высоте h от поверхности стола. Нить длиной 60 – 80 см одним концом зацепить за крючок динамометра, другим концом привязать к шару.
2. Придерживая шар, отодвинуть штатив настолько, чтобы деформация пружины х была равна 10 см. снять показания динамометра F .
Определить жесткость пружины
3. По найденной жесткости k пружины и её деформации x вычислить изменение потенциальной энергии упругой деформации: ∆Ер =.
4. Отпустить шар. В месте падения шара положить листы белой и копировальной бумаги. Место падения отмечается при ударе по копировальной бумаге.
Повторить опыт три раза.
Измерить среднее значение дальности полёта шара при падении с высоты h
Массу шара измерить с помощью весов.
Вычислить изменение кинетической энергии шара:
Результаты измерений и вычислений занесите в отчетную таблицу:
x, м |
F, Н |
k=F/x, Н/м |
Дж |
m, кг |
, м |
, м/с |
Дж | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Сравнить полученные значения
и сделать вывод.
6. Оценить границы погрешности определения потенциальной энергии растянутой пружины и кинетической энергии шара.
Контрольные вопросы
Каким выражением определяется потенциальная энергия деформированной пружины?
Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?
3. При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?