Методичні рекомендації до підготовки І виконання лабораторних робіт курсантами денної та заочної форми навчання галузь знань

Вид материала

Подобный материал:

Методичні рекомендації щодо виконання контрольних робіт з навчальної дисципліни циклу, 437.53kb.
Методичні рекомендації для виконання контрольних робіт з дисципліни Контролінг для, 408.22kb.
Ь І виконання контрольних робіт з курсу «етика бізнесу» (для студентів 5 курсу денної, 442.05kb.
Вказівки до виконання лабораторних робіт для студентів спеціальності 090215 "Машини, 994.18kb.
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни "Газопостачання" (для, 323.51kb.
Методичні рекомендації щодо виконання курсових робіт, 370.04kb.
Методичні рекомендації по виконанню курсових робіт з бухгалтерського обліку для студентів, 441.31kb.
Методичні рекомендації для виконання практичних робіт з дисципліни, 245.2kb.
Методичні рекомендації та завдання для самостійної роботи студентів денної та заочної, 2076.33kb.
Методичні рекомендації для виконання дипломних робіт за освітньо-кваліфікаційними рівнями, 640.73kb.

1 2

де х — горизонтальне переміщення CD тіла, y — шлях, пройдений тілом по вертикалі ВС, t — час переміщення тіла по CD і ВС однаковий і дорівнює:

Звідси шукана швидкість

(4)

З формули (3) знаходиться час

(5)

і після підстановки у формулу (4) швидкість:

(6)

Це є остаточний вираз для визначення швидкості.

Порядок виконання роботи

1. Виміряти довжину похилої площини l, відстань по горизонталі b, висоту підйому h і обчислити cosα і tgα .

2. Зважити випробуване тіло (куля, циліндр, порожній циліндр), виміряти радіуси зразків. За формулою (2) розрахувати швидкість тіла u_т в точці В. Отримані результати занести в таблицю 1.

3. Пустити тіло із точки А по похилій площині.

4. Виміряти відстані x = CD і y = CB = const для різних висот.

5. Підставити дані в розрахункову формулу та визначити похибку експерименту.

6. Дослід виконати не менше 3-х разів, заносячи результати в таблицю.

Таблиця № 1

Тіло	h	m	R	J	υ_т
Куля
Тонк.циліндр
Суц.циліндр

Таблиця № 2

Тіло	№	l	y	b	x	cosa	tga	υ	∆υ	ε_υ
Куля	1
	2
	3
	Серед
Тонкий циліндр	1
	2
	3
	Серед
Суцільний циліндр	1
	2
	3
	Серед

Індивідуальні завдання

1 варіант

1. Точка рухається по колу радіусом 4 м. Початкова швидкість точки дорівнює 3 м/с, тангенціальне прискорення 1 м/с². Для моменту часу t = 2 с визначити: 1) довжину шляху s, пройденого точкою; 2) середню шляхову швидкість;

2. За час t = 6 с точка пройшла шлях, що дорівнює половині довжини кола радіусом 0,8 м. Визначити середню шляхову швидкість за цей час і модуль вектора середньої швидкості переміщення.

3. Точка рухається по колу радіусом 2 м відповідно до рівняння S=Аt³, де А =2 м/с³. У який момент часу нормальне прискорення точки буде дорівнює тангенціальному? Визначити повне прискорення в цей момент.

4. З корми судна випустили під кутом 60⁰ до горизонту ракету. Початкова швидкість ракети 50 м/с. Судно рухається з швидкістю 5м/с. Знайти швидкість ракети відносно води через 5 с після пострілу.

2 варіант

1. По колу радіусом R = 5м рівномірно рухається матеріальна точка зі швидкістю 5 м/c. Побудувати графіки залежності довжини шляху й модуля переміщення від часу t. У момент часу, прийнятий за початковий шлях і переміщення вважати рівними нулю.

2. Рух точки по колу радіусом R = 4 м задано рівнянням x = А + Bt + Ct², де А = 10 м; В = – 2 м/с; С = 1 м/c².Знайти тангенціальне, нормальне й повне прискорення точки в момент часу t = 2c.

3. По дузі кола радіусом 10 м рухається точка. У деякий момент часу нормальне прискорення точки 4,9 м/с². У цей момент вектори повного й нормального прискорення утворять кут φ = 60°. Знайти швидкість і тангенціальне прискорення точки в цей момент часу.

4. З корми судна випустили під кутом 60⁰ до горизонту ракету. Початкова швидкість ракети 50 м/с. Судно рухається з швидкістю 5м/с. Знайти координати ракети відносно води і точки пострілу через 5с польоту.

Контрольні завдання

Дайте визначення поступального руху твердого тіла. Наведіть приклади.
Дайте визначення обертового руху твердого тіла. Наведіть приклади.
Наведіть приклади складного руху твердого тіла.
Дайте визначення моменту інерції тіла.
Сформулюйте закон збереження повної механічної енергії.

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.

Лабораторне заняття № 3

Тема: Визначення модуля Юнга модельної гумки.

Мета роботи: Вивчити природу сил виникаючих при деформації тіл. Визначити модуль Юнга модельної гумки.

Прилади та обладнання: Штатив, модельна гумка, тіло відомої маси, динамометр, лінійка, штангенциркуль.

Теоретичні відомості

Сила характеризує вплив одного тіла на інше. У результаті цього впливу тіло може почати рухатися або деформуватися. Деформацією твердого тіла називається зміна його розмірів і об'єму.

При деформаціях твердого тіла в ньому виникають сили пружності.

Сила пружності - це сила, що виникає в результаті деформації тіла й спрямована убік, протилежний переміщенням часток тіла при деформації.

Деформації розрізняють пружні й пластичні.

Пружною деформацією називається така деформація, коли тіло після припинення дії сил, що викликають деформацію, приймає первісні розміри й форму. Після зняття навантаження тіло вертається в колишній стан, під впливом сил міжмолекулярної взаємодії. Таким чином у пружно деформованому тілі виникають внутрішні сили, які врівноважують зовнішні сили, прикладені до тіла. Фізична величина δ, чисельно рівна пружній силі dF_пр, що доводиться на одиницю площі перерізу dS тіла, називається напругою:

Напруга називається нормальною, якщо сила dF_np спрямована по нормалі до площадки dS, і дотичною, якщо вона спрямована по дотичній до цієї площадки.

Для нормальної напруги

(1)

Пластичні деформації - це деформації виникаючі тоді, коли сили, що діють на тіло, перейшли певну межу, називану межею пружності. Після перевищення зовнішніми силами цієї межі тіло не відновлює свої форми й розміри. Ці зміни вже не можуть зникнути після зняття навантаження. Тіло залишається деформованим, у ньому виникають залишкові деформації. Якщо після появи в тілі залишкових деформацій ми продовжуємо збільшувати зовнішню силу, то спостерігається руйнування тіла. Це явище наступає тоді, коли напруги δ, що виникають у тілі під дією деформуючої сили, переходять межу міцності тіла.

Деформації тіла бувають різні: розтягання, стискування, крутіння, вигин. Мірою деформації є відносна деформація.

рівна відношенню абсолютної деформації ∆x до первісного значення величини х, що характеризує розміри або форму тіла. При всебічному розтяганні або стиску х означає об'єм V (∆х — збільшення або зменшення об'єму ∆V, викликане деформацією), а при поздовжнім розтяганні або стиску х означає довжину l.

Залежність між напругою δ і відносною деформацією ε показана на малюнку.

Точка А відповідає межі пружності; ордината AD - величина напруги, виражає межу пружності, ордината ВC - межа міцності. Англійський фізик Р. Гук установив закони пружних деформацій. Основний закон (закон Гука) говорить про те, що напруга пружно деформованого тіла пропорційно його відносної деформації

де k - модуль пружності.

Закон Гука справедливий тільки на ділянці ОА (рис 4.).

При поздовжньому розтягуванні або стиску модуль пружності називається модулем Юнга й закон Гука запишеться так

(2)

де Е — модуль Юнга. З формул (1) і (2), замінивши ε = ∆l/l, одержимо:

(3)

У даній роботі S=πd²/4, де d - діаметр поперечного перерізу гумки.

Остаточний вираз буде мати такий вигляд.

(4)

Рис. 4

Порядок виконання роботи

1. Виміряти початкову довжину гумки прив'язавши її до штативу.

2. Прив'язати до динамометра тіло відомої маси й визначити силу, яка викликає деформацію.

3. Прив'язати тіло до гумки (до нижньої частини).

4. Виміряти значення абсолютної деформації гумки (∆l=l – l₀).

5. Виміряти діаметр поперечного перерізу гумки за допомогою штангенциркуля.

6. Підставити дані в розрахункову формулу та визначити похибку експерименту.

7. Дослід виконати не менше 3-х разів, заносячи результати в таблицю.

Таблиця

№	F	S	l	∆l	E	∆E	ε_E
1
2
3
середнє

Індивідуальні завдання

1 варіант

1. Який найбільший вантаж може витримати сталевий дріт діаметром d = 1 мм, не виходячи за межу пружності 294 МПа? Яку частку первісної довжини становить подовження дроту при цьому вантажі?

2. Однорідний стержень довжиною 1,2 м, площею поперечного перерізу S = 2 мм² і масою 10 кг обертається із частотою 2 с^–¹ навколо вертикальної осі, що проходить через кінець стержня, сковзаючи при цьому без тертя по горизонтальній поверхні. Знайти найбільшу напругу матеріалу стержня при даній частоті обертання.

3. Яку роботу А потрібно виконати, щоб розтягти на 1 мм сталевий стержень довжиною 1 м і площею S поперечного перерізу, рівної 1 мм²? Е_ст = 0,2 МПа.

2 варіант

1. Свинцевий дріт підвішений у вертикальному положенні за верхній кінець. Яку найбільшу довжину може мати дріт, не обриваючись під дією сили ваги? Межа міцності свинцю дорівнює 12,3 МПа.,

2. До сталевого стержня довжиною 3 м і діаметром d = 2 мм підвішений вантаж масою 2,5 10³ кг. Визначити напруг у стрижні, відносне й абсолютне подовження стержня. Е_ст = 0,2 МПа

3. Для стиску пружини на 1 мм потрібно прикласти силу F = 10 Н. Яку роботу А потрібно зробити, щоб стиснути пружину на 10 мм, якщо сила пропорційна стиску?

Контрольні завдання

1. Дати визначення сили пружності.

2. Яка природа сил пружності.

3. Які види деформацій ви знаєте.

4. Якими величинами характеризується деформація тіла.

5. Поясніть графік залежності між напруженістю та відносною деформацією.

Література

1. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. Т.1 : Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с.

2. Зачек І.Р. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів.: «Бескит Біт», 2002. – 376 с.

3. Савельев И.В. Курс фізики: Учебник. В 3-х т. Т. 1: Механика. Молекулярная физика. – М.: Наука, 1989. – 352 с.

4. Дущенко В.П., Кучерук І.М. Загальна фізика: Фізичні основи механіки. Молекулярна фізика і термодинаміка: Підручник для вузів. – К.: Вища школа, 1993.–431с.

5. Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика: Уч. Пособие. – М.: Просвещение, 1987. – 304 с.

6. Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.

7. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.

8. Физический практикум : Механика и молекулярная физика //Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Высшая школа,1967.

9. Методичні вказівки до проведення лабораторних занять з дисципліни фізика / Укладачі: Бабічев С.А., Шарко О.В., Колечинцева Т.С., Лебедь О.М. – Херсон: ХДМІ, 2008 – 82 с.

Лабораторне заняття № 4

Тема: Вивчення співудару двох куль.

Мета роботи: Вивчити властивості пружного та не пружного ударів. Дослідити закони збереження імпульсу та кінетичної енергії.

Прилади та обладнання: Лабораторна установка для вивчення співудару двох куль, лінійка.

Теоретичні відомості

Важливою кількісною характеристикою механічного руху являється імпульс тіла Р, який є векторною величиною, модуль якого дорівнює добуткові маси тіла m на його швидкість υ:

Повний імпульс механічної системи тіл дорівнює геометричній (векторній) сумі імпульсів усіх тіл системи.

Для замкнутої механічної системи справедливий закон збереження імпульсу. Повний імпульс замкнутої системи тіл при всіх процесах, які відбуваються в системі, залишається сталим.

Замкнутою механічною системою називається система тіл, на які не діють зовнішні сили. Із закону випливає, що взаємодія тіл, які утворюють замкнуту систему, призводить тільки до зміни імпульсів окремих тіл, але не може змінити повного імпульсу системи. Закон збереження імпульсу витікає із однорідності простору. Прикладом використання закону збереження імпульсу може бути явище удару.

Удар це короткочасна контактна взаємодія двох тіл, яка супроводжується процесами перетворення кінетичної енергії тіл у потенціальну енергію деформації і внутрішню енергію тіл. Розрізняють два граничних види удару: абсолютно пружний і абсолютно не пружний.

При абсолютно пружному ударі кінетична енергія перетворюється в енергію пружних деформацій, яка в свою чергу переходить у кінетичну при зникненні пружних деформацій (після припинення контакту). Таким чином, кінетична енергія системи зберігається.

При абсолютно не пружному ударі кінетична енергія взаємодіючих тіл повністю (або частково) переходить у внутрішню енергію тіл. Не пружні деформації не зникають. Тіла після удару рухаються як єдине ціле (або залишаються нерухомими). Кінетична енергія системи не зберігається.

Закон збереження імпульсу виконується як при пружному, так і при не пружному ударах.

Розглянемо спочатку пружний удар. Нехай m₁ і m₂- маси куль; υ₁ і υ₂ - швидкості куль до удару, причому υ₂= 0, тобто друга куля нерухома; u₁ і u₂ - їх швидкості після удару. Тоді із законів збереження імпульсу (в проекції на ось X , див. рис. 5) і енергії випливає:

До співудару

m₂m₁υ₁

Після співудару

m₂u₂m₁u₁

Рис. 5

(1)

(2)

Ця система рівнянь має розв’язок відносно швидкостей u₁ і u_2.

(3)

(4)

Із (3) видно, що коли m₁>m₂ то u₁ >0 - куля 1 після центрального співудару продовжує рухатись у тому ж напрямку, що й рухалась, але з меншою швидкістю (що має місце в нашому досліді).

Швидкості куль до удару (υ₁), і після удару (u₁і и₂) можна визначити, якщо відома висота підйому центру мас куль до і після співудару. Висоту легко знайти із геометричних співвідношень (див.рис. 6)

(5)

Рис. 6

Із закону збереження енергії маємо

(6)

Користуючись (5) і (6) отримуємо

(7)

(8)

(9)

де α₀ і α₁ - кути відхилення кулі 1 до і після співудару, відповідно, α₂ - кут відхилення кулі 2 після співудару, L - довжина підвісу куль.

Знайдемо, користуючись (7) – (9), відношення імпульсів системи після удару Р₂ = =т₁u₁+т₂u₂ і до удару Р₁ =m₁υ₁, позначивши цей коефіцієнт через К_p.

(10)

Аналогічно введемо коефіцієнт К_w для відношення енергій після (W₂) і до (W₁) удару

(11)

Із другого закону Ньютона для кулі 2 (∆Р=m₂u₂ =F τ) можна оцінити середню силу F удару куль. Де τ - час взаємодії куль (час удару)

(12)

Розглянемо тепер не пружний удар. У цьому випадку можна перевірити закон збереження імпульсу:

(13)

Експериментальне значення швидкості u після не пружного удару

(14)

де α - кут відхилення куль після співудару (вимірюється за кулею 1 або 2).

Коефіцієнт Кpтепер має вигляд:

(15)

А коефіцієнт К_w:

(16)

При не пружному співударі величина (1- К_w) відповідає тій частині енергії, що витрачається на не пружну деформацію та нагрівання тіл.

Опис експериментальної установки

Лабораторна установка для вивчення співудару двох куль (схематично показна на рис.6) має підвіс на якому закріплені кулі, електромагніт для фіксації правої кулі і блок управління. Блок управління має клавіші

Проведення експерименту

Вправа 1. Перевірка закону збереження імпульсу та енергії для пружного співудару.

У таблицю № 1 занести дані мас куль та довжину підвісу.
Зробити 5 ударів при фіксованому куті α₀ відхилення правої кулі.
Виміряні значення кутів відхилення і часу співударів занести в таблицю № 2.

Вправа 2. Перевірка закону збереження імпульсу для не пружного удару.

Замінити ліву кулю на не пружну.
Зробити п'ять ударів.
Виміряні значення кутів відхилення однієї з куль занести в таблицю № 3.

Обробка результатів

Розрахувати за формулами (10)—(12) значення коефіцієнтів Кр і К_w, за даними вимірювань кожного із пружних співударів.
Знайти середні значення цих параметрів.
Оцінити абсолютну і відносну похибки за формулами

Розрахувати за формулами (15) і (16) значення коефіцієнтів К_Р і K_w за даними вимірювань кожного із не пружних співударів.
Знайти середні значення цих параметрів.
Оцінити абсолютну і відносну похибки.
Розрахунки занести в таблицю № 3.
За даними розрахунків зробити висновки стосовно виконання законів збереження імпульсу та енергії у випадку пружного і не пружного співударів.

Таблиця № 1

m₁, кг	m₂ , кг	L, м

Таблиця №2

№	α₀, град.	α₁ ,град.	α₂, град.	K_p	K_w
1.
2.
3.
4.
5.
Середнє значення
Абсолютна похибка
Відносна похибка, ε (в %)

Таблиця № 3

№	α₀, град.	α, град.	К_Р	K_w
1.
2.
3.
4.
Ср.
Абсолютна похибка
Відносна похибка, ε (в %)

Індивідуальні завдання

1 варіант

1. Куля масою m₁ ,що летить зі швидкістю 5 м/с, ударяє нерухому кулю масою m₂. Удар прямий, непружний. Визначити швидкість куль після удару, а також частку w кінетичної енергії кулі, що летить, витраченої на збільшення внутрішньої енергії цих куль. Розглянути два випадки:

1) m₁ = 2 кг, m₂ = 8 кг;

2) m₁ = 8 кг, m₂ = 2 кг.

2. Ядро атома: розпадається иа два осколки масами 1,6*10^–²⁵ кг і 2,4*10^–²⁵ кг. Визначити кінетичну енергію другого осколка, якщо енергія першого осколка дорівнює 18 ндж.

3. Куля масою 200 г, що рухається зі швидкістю 10 м/с, ударяє нерухому кулю масою 800 р. Удар прямий, абсолютно пружний. Які будуть швидкості куль після удару?

2 варіант

1. Куля масою 2 кг налітає на нерухому кулю масою 8 кг. Імпульс кулі, що рухається, дорівнює 10 кгм/с. Удар куль прямий, пружний. Визначити безпосередньо після удару: 1) імпульси першої p₁ кулі й р₂ другої кулі; 2) зміну імпульсу першої кулі; 3) кінетичні енергії T₁ першої кулі й Т₂ другі кулі; 4) зміну кінетичної енергії першої кулі; 5) частку кінетичної енергії, переданої першою кулею другій.

2. Молекула розпадається на два атоми. Маса одного з атомів в 3 рази більше, ніж іншого. Зневажаючи початковою кінетичною енергією й імпульсом молекули, визначити кінетичні енергії атомів, якщо їх сумарна кінетична енергія 0,032 ндж.

3. Куля масою 1,8 кг зіштовхується зі нерухомою кулю більшої маси. У результаті прямого пружного удару куля втратила 0,36 своєї кінетичної енергії. Визначити масу більшої кулі.

Контрольні завдання

Що таке імпульс тіла.
Дайте визначення замкнутої системи.
Сформулюйте закон збереження імпульсу.
Сформулюйте закон збереження механічної енергії.
Дайте визначення пружного і не пружного ударів.

Blog

Методичні рекомендації до підготовки І виконання лабораторних робіт курсантами денної та заочної форми навчання галузь знань

де х — горизонтальне переміщення CD тіла, y — шлях, пройдений тілом по вертикалі ВС, t — час переміщення тіла по CD і ВС однаковий і дорівнює:

(5)

x = v_x• t

y= v_e• t

Blog

Методичні рекомендації до підготовки І виконання лабораторних робіт курсантами денної та заочної форми навчання галузь знань

де х — горизонтальне переміщення CD тіла, y — шлях, пройдений тілом по вертикалі ВС, t — час переміщення тіла по CD і ВС однаковий і дорівнює:

(5)

x = vx • t y= ve • t

x = v_x• t

y= v_e• t