Лабораторная работа № 2 

Тема: Изучение закона сохранения механической энергии.

Цель работы: научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и деформированной пружины; сравнить два значения потенциальной энергии системы..

Оборудование:

• штатив с муфтой и лапкой;
• динамометр лабораторный;
• линейка;
• груз массой m на нити длиной l;
• набор картонок, толщиной порядка 2 мм;
• краска и кисточка.

Теоретическая часть

Эксперимент проводится с грузом, прикрепленным к одному концу нити длиной l. Другой конец нити привязан к крючку динамометра. Если поднять груз, то пружина динамометра становится недеформированной и стрелка динамометра показывает ноль, при этом потенциальная энергия груза обусловлена только силой тяжести. Груз отпускают и он падает вниз растягивая пружину. Если за нулевой уровень отсчета потенциальной энергии взаимодействия тела с Землей взять нижнюю точку, которую он достигает при падении, то очевидно, что потенциальная энергия тела в поле силы тяжести переходит в потенциальную энергию деформации пружины динамометра:
mg (l+Δl) = kΔl²/2, где Δl — максимальное удлинение пружины, k — ее жесткость.

Трудность эксперимента состоит в точном определении максимальной деформации пружины, т. к. тело движется быстро.

Указания к работе

Для выполнения работы собирают установку, показанyую на рисунке. Динамометр укрепляется в лапке штатива.

1. Привяжите груз к нити, другой конец нити привяжите к крючку динамометра и измерьте вес груза F_т = mg (в данном случае вес груза равен его силе тяжести).

2. Измерьте длину l нити, на которой привязан груз.

3. На нижний конец груза нанесите немного краски.

4. Поднимите груз до точки закрепления нити.

5. Отпустите груз и убедитесь по отсутствию краски на столе, что груз не касается его при падении.

6. Повторяйте опыт, каждый раз подкладывая картонки до тех пор, пока на верхней картонке не появятся следы краски.

7. Взявшись за груз рукой, растяните пружину до его соприкосновения с верхней картонкой и измерьте динамометром максимальную силу упругости F_ynp и линейкой максимальное растяжение пружины Δl, отсчитывая его от нулевого деления динамометра.

8. Вычислите высоту, с которой падает груз: h = l + Δl (это высота, на которую смещается центр тяжести груза).

9. Вычислите потенциальную энергию поднятого груза Е'_п = mg (l + Δl).

10. Вычислите энергию деформированной пружины E"_п = kΔl²/2, где k = F_упр/Δl

Подставив, выражение для k в формулу для энергии E"_п получим E"_п = ;F_упрΔl/2

11. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу.

12. Сравните значения энергий Е'_п и E"_п. Подумайте, почему значения этих энергий совпадают не совсем точно