ГОУ ВПО. В процессе обучения химии используются следующие таблицы постоянного экспонирования: «Периодическая система химиче­ских элементов Д.И

В процессе обучения химии используются следующие таблицы постоянного экспонирования: «Периодическая система химиче­ских элементов Д.И. Менделеева», «Таблица растворимости кис­лот, оснований и солей», «Электрохимический ряд напряжений металлов», «Круговорот веществ в природе» и др.

Для организации самостоятельной работы обучающихся на уро­ках используют разнообразные дидактические материалы: отдельные рабочие листы — инструкции, карточки с заданиями разной степени трудности для изучения но­вого материала, самопроверки и контроля знаний учащихся.

Для обеспечения безопасного труда кабинете химии имеется:

· противопожарный инвентарь

· аптечку с набором медикамен­тов и перевязочных средств;

· инструкцию по правилам безопасности труда для обучающих­ся

· журнал регистрации инструктажа по правилам безопас­ности труда.

 

ГОУ ВПО

ДВГУПС

 

Кафедра “Физика”

 

Лабораторная работа
На тему: “Изучение динамики поступательного движения”

 

21040165 02М 911

Шифр Номер работы Группа

 

Выполнил

Черных Д. С.

Проверил:
Старший преподаватель
кафедры “Оптические
системы связи”

Бодров Е. А.

Хабаровск 2006 г.

Цель работы:

Определение силы упругости подвеса; определение средней силы удара.

Приборы и оборудование:

Прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударения, штангенциркуль.

Краткая теория:

Основными динамическими характеристиками поступательного движения тел являются: масса, сила и импульс тела.

Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные и гравитационные свойства.

Сила – это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого, тело приобретает тело приобретает ускорение или изменяет свою форму.

Импульс тела (количество движения) – векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость, и имеющая направление скорости.

Связь между этими характеристиками описывается законами Ньютона. В классической механике считается, что масса тела постоянна, поэтому при постоянной скорости импульс тела также постоянен. Сохранение скорости движения или состояния покоя вытекает из первого закона Ньютона: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, если действие на него со стороны других тел скомпенсировано, т.е. равнодействующая сил равна нулю.

Взаимодействие тел описывается вторым законом Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой, пропорциональное вызывающей его силе, совпадает с ней по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки. В более общем виде этот закон формулируется так: скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на него силе. .

Третий закон Ньютона подчеркивает, что сила является мерой взаимодействия между телами: два тела взаимодействуют с силами и равными по модулю и противоположно направленными. Иными словами сила действия равна силе противодействия. .

Следует отметить, что законы Ньютона выполняются только в инерциальных системах отсчета. Под инерциальными понимаются системы отсчета, связанные с неподвижными объектами или с телами, движущимися прямолинейно и равномерно.

Важным следствием из законов Ньютона является закон сохранения импульса: при взаимодействии тел изолированной системы, суммарный импульс системы остается постоянным. .

Изолированной системой тел считается система, по отношению к которой внешними воздействиями на тела можно пренебречь. Для двух взаимодействующих тел этот закон выглядит так:

Сохранение импульса связано с однородностью пространства – свойством однородности пространства – времени.

За бесконечно малый промежуток времени материальная точка пройдет элементарный путь по траектории и переместится в пространстве на определенную величину. На этом участке на точку может действовать сила, направленная под некоторым углом к перемещению.

Скалярное произведение вектора силы на вектор перемещения называется элементарной работой силы на бесконечно малом перемещении.

Когда угол между направлением силы и перемещением не равен 90 градусов – эта сила совершает работу, а в случае, когда сила направлена по нормали к перемещению – работу она не совершает.

Совершающие работу тела имеют энергию. Величина называется кинетической энергией. Кинетической энергией называют энергию движущихся тел. Ее связь с импульсом тела задается соотношением или .

Потенциальной энергией называют величину, обусловленную взаимодействием тел или частей одного и того же тела.

В зависимости от сил взаимодействия, определяющих состояние системы различают:

— энергию упругих деформаций ,

где - коэффициент упругости, - величина деформации;

— потенциальную энергию тел в поле тяготения, которая на поверхности Земли имеет вид ,
где - гравитационная постоянная, - масса источника поля тяготения, - расстояние от источника поля до точки, в которой определяется энергия тела массой .

Силы упругости и силы тяготения являются консервативными. Рабо­та консервативных сил при перемещении тела из одного положения в другое не зависит' от формы траектории, по которой движется тело. Она определяется только положением начальной и конечной точек движе­ния. Работа консервативных сил на, замкнутом пути равна нулю.

В консервативных системах выполняется закон сохранения механи­ческой энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т. е. не изменяется со временем.

Существует еще один вид систем - диссипативные системы, в кото­рых механическая энергия постепенно уменьшается за счет преобразо­вания в другие (немеханические) формы энергии.

Для диссипативных систем справедлив более общий закон сохране­ния и превращения энергии: энергия не возникает из ничего и не исче­зает бесследно, энергия передается от одних 'тел другим и перехо­дит из одной формы в другую в эквивалентных количествах.

 

Расчетные формулы:

- расчеты, касающиеся диаметра шарика

- расчеты, касающиеся угла отклонения

- расчеты, касающиеся разности потенциалов

- формула массы шара

- скорости до и после удара

- кинетическая энергия шара до удара

- время свободного движения

- время соударения

- силы упругости подвеса до и после удара соответственно

- средняя сила удара

 

Проведем соответствующие расчеты и измерения:

Систематизируем результаты в виде таблиц:

	,	,			,	,
	28,45	0,01		0,5	7	1,67
	28,4	0,04	3,5		9	0,33
	28,47	0,03		0,5	10	1,33
ср	28,44	0,03	3,5	0,33	8,67	1,11

 

,	,	,	,	,	,	,	,
0,0939	0,0322	0,0069	48,7	0,37	0,92	0,92	98,59

 

Вывод:

Выполнив данную работу, я экспериментально исследовал процессы перехода энергии от одних тел к другим, процессы сохранения импульса движущегося тела. Проведя соответствующие расчеты и измерения я определил силу упругости подвеса, а также определил среднюю силу удара.

Следует отметить, что значения силы упругости подвеса до и после удара разнятся пренебрежимо мало, но небольшая разница все же есть – это и свидетельствует о переходе части импульса ударившегося шарика в рельс. Кроме того, об этом более явно говорит разница в значениях скорости шарика до и после удара.

В качестве лабораторного оборудования и измерительных приборов мною были использованы: прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударения, штангенциркуль.

 

ГОУ ВПО

ДВГУПС

 

Кафедра “Физика”

 

Лабораторная работа
На тему: “Изучение законов сохранения в механике”

 

21040165 03М 911

Шифр Номер работы Группа

 

Выполнил

Черных Д. С.

Проверил:
Старший преподаватель
кафедры “Оптические
системы связи”

Бодров Е. А.

Хабаровск 2006 г.

Цель работы:

Изучить законы сохранения в механике и измерить коэффициент восстановления при ударе шаров.

Приборы и оборудование:

Установка для изучения упругого и неупругого удара шаров, шары, линейка.

Краткая теория:

Для характеристики механического состояния при движении тела вводится физическая величина – импульс.

Импульс – это векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость и имеющая направление, совпадающее с направлением скорости тела.

Согласно второго закона динамики: скорость изменения импульса тела равна по величине действующей силе и совпадает с ней по направлению. Т.о., любое изменение импульса этого тела может происходить только при действии сил.

Рассматривая систему тел, ее импульс определяется как векторная сумма импульсов тел, входящих в систему. Силы взаимодействия между телами, входящими в рассматриваемую систему, называются внутренними. Силы, действующие на систему со стороны других тел, не входящих в рассматриваемую систему, называются внешними.

Механические системы, на которые внешние силы не действуют, называются изолированными или замкнутыми.

В замкнутой системе тел суммарный импульс системы остается постоянным – в этом заключается закон сохранения импульса.

Введение понятия импульса, как меры механического движения не всегда пригодно для оценки изменения движения тела. Более универсальной мерой движения является энергия.

Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся общей мерой различных форм движения материи, рассматриваемых в физике. Энергия бывает механической, внутренней, электромагнитной, ядерной и т.д.

Энергия является важнейшей физической величиной, характеризующей способность тел или системы тел совершать работу, и измеряется величиной работы, которую при определенных условиях может совершить система.

Существует две разновидности механической энергии: кинетическая (обусловлена движением тел и зависит от скорости движения) и потенциальная (обусловлена взаимным расположением всех частей системы во внешнем поле потенциальных сил). Сумма кинетической и потенциальной энергии называется полной механической энергией.

Для замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, полная механическая энергия системы остается постоянной – в этом заключается закон сохранения механической энергии.

Использование законов сохранения энергии и импульса позволяет решать многие задачи механики, не прибегая непосредственно к уравнениям движения.

Превращения кинетической энергии в потенциальную и обратно наблюдаются при ударе тел. Удар – кратковременное взаимодействие тел, при этом оба тела деформируются и возникают ударные силы значительной величины.

Различают два предельных случая: абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.

При абсолютно упругом ударе на фазе сближения тел кинетическая энергия переходит полностью или частично в потенциальную энергию упругой деформации, на фазе разлета тела снова приобретают первоначальную форму, отталкивая друг друга. В итоге потенциальная энергия упругой деформации опять переходит в кинетическую и тела разлетаются. При абсолютно упругом ударе механическая энергия тел не переходит в другие немеханические виды энергии. Отметим также, что при абсолютно упругом ударе не выделяется теплота, следовательно, систему из двух взаимодействующих шаров можно считать замкнутой. К такой системе можно применить закон сохранения энергии и импульса.

Абсолютно упругий удар является идеальным случаем. В реальных случаях в зависимости от того, из какого вещества изготовлены шары, большая или меньшая часть механической энергии переходит в тепло.

Абсолютно неупругий удар характеризуется тем, что потенциальная энергия упругой деформации не возникает, кинетическая энергия тел полностью или частично превращается во внутреннею энергию, после удара сталкивающиеся тела либо покоятся, либо движутся с одинаковой скоростью.

Классическая теория удара предполагает, что все элементы каждого тела жестко связаны и будут мгновенно испытывать одинаковое изменение движения, являющееся результатом удара.

В действительности возмущение, порожденное в точке соударения, распространяется в телах с конечной скоростью, и его отражение от граничных поверхностей вызывает колебания и вибрации в телах. Местные быстроизменяющиеся деформации и механические напряжения, вызванные этим возмущением, не могут быть определены методами классической теории, но могут быть исследованы с помощью рассмотрения волнового явления.

Следует отметить, что при решении задач с использованием волновой теории удара возникают большие погрешности и неточности, связанные с математической сложностью вывода формул и расчетов.

 

Расчетные формулы:

- расчет среднего значение угла отклонения левого шара до удара.

Замечание: Значения средних углов отклонения второго шара до удара, первого шара после удара, второго шара после удара, средних значений скоростей шаров до и после удара, средних значений импульсов шаров до и после удара рассчитываются по аналогичной формуле ().

- скорость левого шара до удара.

Замечание: Значения скоростей правого шара до удара, а также левого и правого шаров после удара рассчитываются по данной формуле.

- импульс тела

- коэффициент восстановления

Проведем соответствующие расчеты и измерения:

0

0,8724+0,8724+0,8724=0,1047

0,0314+0,0325+0,0325=0,0964

0

Систематизируем результаты в виде таблиц:

До удара	После удара
,	Левый	Правый	Левый	Правый
0,04		,	,		,	,		,	,		,	,
				0,8724	0,0349	13,5	0,7855	0,0314
				0,8724	0,0349		0,8136	0,0325
				0,8724	0,0349		0,8136	0,0325
Ср					0,8724	0,0349	13,83	0,8042	0,0321
0 0,1047	0,0964 0

 

Вывод:

Выполнив данную работу я на практике проверил закон сохранения импульса для удара двух деревянных шаров, близкого к абсолютно упругому. Я употребил фразу “близкого к абсолютно упругому” на следующих основаниях: дерево – материал не склонный к сильным деформациям при ударах с небольшой силой предметов с малыми массами; а кроме того, при подсчетах выяснилось, что значения импульса ударяющего шара до удара и ударяемого шара после удара практически одинаково, иными словами, импульс перешел почти без потерь.

Также я рассчитал коэффициент восстановления для данной установки, он оказался равен −0,9218.

В качестве измерительных приборов и оборудования мною были использованы: установка для изучения упругого и неупругого удара шаров, шары, линейка.