Лабораторная работа №
6
.

Тема: Измерение потенциальной и кинетической энергии падающего шарика.

Приборы и принадлежности: прибор Гримзеля, масштабная линейка, стальной шарик, длинные полоски белой бумаги, копировальная бумага.
Теория метода и описание установки.

         Прибор Гримзеля устроен следующим образом. На горизонтальной доске укреплена вертикальная стойка N, в которой имеются две горизонтальные перекладины n и n^I (рис. 1). На двух других вертикальных стойках укреплена металлическая дуга Д, по которой перемещается электромагнит ЭМ. По обмотке электромагнита проходит ток от аккумуляторов. Ток может замыкаться и размыкаться помощью рубильника К, укрепленного на подставке прибора. 

К стойке N бифилярно подвешено медное кольцо так, что при отвесном положении нитей отверстия кольца совпадает с промежутком между перекладинами n и n^I. В кольцо вставляется  с легким трением стальной шарик. Если кольцо с шариком отведем сторону в положение А, и включить ток, то электромагнит удержит шарик в  этом положении. При размыкании тока шарик придет в движение по траектории, обозначенной пунктиром АВС. Перемещая электромагнит по дуге, можно менять высоту поднятия шарика.  

В точке А шарик обладает потенциальной энергией

W_ПА = mgh₁

В точке В потенциальной энергией

W_ПВ = mgh₂

На пути АВ произошло изменение потенциальной энергии шарика на
ΔW_П = W_ПА – W_ПВ = mg (h₁ –h₂)                   (1)

одновременно шарик приобрел кинетическую энергию

                          (2)

где υ –скорость шарика в точке В.

         Чтобы подсчитать кинетическую энергию шарика в точке В, надо определить скорость этой точки. Скорость в точке В может найдена исходя из следующих соображений: в случае отсутствия тяготения шарик равномерно двигался бы по инерции и по направлению ВС, в случае если бы шарик не имел в точке В начальной скорости и был отпущен, он бы свободно падать по вертикали ВВ. Время падении определяется из формулы:

          При наличии же в точке В горизонтальной скорости υ и под действием тяготения шарик будет перемещается по кривой ВС, причем его горизонтальная скорость, оставаясь постоянной, будет равна скорости υ в точке В. Шарик, упав на доску, покрытую листом бумаги с копировкой, оставит на ней след.

         Таким образом, легко измерить с помощью масштаба горизонтальное перемещение шарика

l = B^I C^I = B C = υt

Так как время перемещения шарика t по прямой ВС равно времени свободного падении по вертикали ВВ
^I, то скорость шарика в точке В равна

                        (3)

из формул (2) и (3) кинетическая энергия шарика в точке В равна
              (4)

По закону сохранения энергии  величина кинетической энергии шарика в точке В (формула 2) равна изменению потенциальной энергии между точками А и В (формула 2),

                       


рис. 1.
Измерения и выполнение работы.
1.     Взвешивают шарик и определяют высоту h₂.

2.     Отводят шарик в точку А, измеряют высоту поднятия шарика h₁ и вычисляют разность высот Δh.

3.     Размыкают ключ К и измеряют расстояния l предварительно положив лист бумаги с копировкой на столик прибора.

4.     Подсчитывают величину кинетической и потенциальной энергии по уравнением (1) и (4).

5.     Опыт проделывают пять раз, меняя высоту h₁.

6.     Сравнивают полученные значения  W_К и ΔW_П.

7.     Результатов измерений  и вычислений заносят в таблицу.

№	h1 (м)	h2 (м)	Δh (м)	l (м)	WK (Дж)	WП (Дж)
1.
2.
3.
Сред. значение

Контрольные вопросы.
1.     Что называется потенциальной энергией?

2.     Что называется кинетической энергией?

3.     Что такое полная механическая энергия?

4.     Расскажите ход  и выполнения работы?

5.     От каких параметров зависят кинетическая и потенциальная энергия?

6.     Объясните выполнения работы?
Лабораторные работы:    http://fanfan37.narod.ru/

Мусульманский лунный календарь:  http://takvim2008.narod.ru/

Библия о Мухаммаде (с.а.вс):  http://akahon.narod.ru/