Методические указания к лабораторным работам "Изучение законов сохранения при соударении двух шаров", "Изучение вращательного движения на маховике Обербека", "Изучение закона сохранения момента импульса", "Измерение момента инерции маятника Максвелла", страница 16

59

7. С помощью формулы (6) рассчитайте коэффициент внутреннего трения жидкости.  В расчётах принять g=9,81 м/с².

Результат запишите в таблицу 3.

                                                                                         Таблица 3

h, Па×с	sh, Па×с

Обработка результатов измерений

1. Используя экспериментальные данные, вычислите величину погрешности измерения коэффициента вязкости h.

Поскольку измерения hявляются косвенными, для оценки погрешности следует рассчитать среднеквадратичную ошибку s_h.

Среднеквадратичная ошибка s_fизмерения какого-либо параметра f =f(x, y, z…) в общем виде рассчитывается по формуле

s_f=.

Поскольку в настоящей работе коэффициента вязкости вычисляется через измерения времени tего падения, то

s_h =

Продифференцировав выражение (6) по t, а также использовав вычисленное значение t_СР, можно получить необходимую формулу для расчёта s_h:

s_h =.                                    (7)

В этой формуле Dh – приборная ошибка измерения высоты падения, Dt– случайная ошибка измерения времени падения, которая рассчитывается по методу Стьюдента.

60

Dt= a .

Здесь a-коэффициент Стьюдента, значения которого можно найти в таблице, приведённой в Приложении к настоящему сборнику (см. также методические указания [3]). Величину доверительной вероятности при выборе коэффициента Стьюдента по этой таблице примите равной 0,95. Рассчитанное значение s_h запишите в таблицу 3.

ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РАБОТЫ СЛЕДУЕТ ПОМНИТЬ:

1. Включать в сеть измерительный блок L-микро можно только после его подключения к разъ­ему последовательного порта компьютера.

2. Со стеклянной трубкой следует обращаться осторожно. Переворачивать ее необходимо на мини­мальной высоте над столом.

Контрольные вопросы

1. При каких условиях сила внутреннего трения жидкости пропорциональна скорости?

2. Выразите единицу измерения коэффициента внутреннего трения через основные единицы СИ. 

3. Выведите формулу (6) для коэффициента внутреннего трения.

4. Как изменяются скорость и ускорение по мере движения шарика в трубке?

5. Как изменяется скорость падения парашютиста при затяжном прыжке?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ  ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 1. М.: Наука, 1987, - 423 с.

2. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2000.

3.  М а т в е е в  А. Н. Молекулярная физика. - М.: Высшая школа. -1981.

4.  К и к о и н  А. К., К и к о и н  И. К. Молекулярная физика / М.: Наука.-1976.

5.  Расчет погрешностей в лабораторных работах физического практикума. Методические указания к вводным занятиям в физическом практикуме / Н.А.Гринчар, Ф.П.Денисов, Б.А.Курбатов, В.А.Никитенко, А.П.Прунцев; Под общ. ред. Ф.П.Денисова. - М.: МИИТ, 1995. - с. 32.

61

6.  Методические указания к лабораторным работам по физике. Работы 60-63. Ошибки измерения физических величин. - М.: Изд. МИИТ, 1976. - с. 10 -11.

РАБОТА  № 9-П

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ТЕЛА

МЕТОДОМ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО  МАЯТНИКА

Цель работы: измерение скорости пульки с помощью баллистического маятника.

Приборы и принадлежности: баллистический маятник, штатив универсальный,  линейка, метательное устройство, пулька, датчик угла поворота, измерительный блок L-микро.

Введение

Баллистический маятник представляет собой массивный груз, закрепленный на одном из концов жёсткой спицы; система способна совершать колебания относительно оси, проходящей через другой конец спицы. Тело, скорость которого хотят измерить, неупруго сталкивается с первоначально покоящимся маятником, застревая в массивном грузе.После столкновения маятник отклоняется от положения равновесия и начинает совершать колебания. Измерив угол максимального отклонения баллистического маятника, можно определить скорость, с которой двигалось тело до столкновения с грузом.

62

63

Применяемый в данной работе баллистический маятник устроен следующим образом (рис. 1). В боковую поверхность цилиндра (1) массой М ввинчена тонкая спица (2), массой которой можно пренебречь по сравнению с массой цилиндра. Другой конец спицы закреплен в муфте (3) датчика угла поворота (4). Датчик угла поворота укреплен на вертикальной стойке штатива (5).Цилиндр (1) имеет полость с пластмассовой вставкой для улавливания пульки (6), налетающей вдоль оси цилиндра. Вставка выполнена в виде конуса с малым углом так, чтобы пулька застревала в цилиндре примерно в егоцентре масс. Пулька выстреливается пружинным метательным устройством (7).

Рассмотрим взаимодействие пульки с маятником. В момент времени t₁ (рис. 2а) шарик подлетает к цилиндру (1) со скоростью u, маятник при этом неподвижен. В момент времени t₂ (рис. 26) шарик уже застрял внутри баллистического маятника, часть кинетической энергии шарика израсходовалась на преодоление сил трения, часть передана баллистическому маятнику, в результате чего он приобретает скорость и. В момент времени t₃ (рис. 2в) маятник отклонился на угол a, поднявшись на высоту h.

 

Столкновение шарика с маятником происходит не мгновенно, а в течение интервала времени Dt₁= t₂ - t₁. Во время столкновения Dt₁ система пулька – цилиндр не является консервативной1, так как при торможении пульки в системе возникает сила трения между стенками цилиндра и пулькой. Тем не менее, замкнутой (по оси удара) система всё же остаётся, поскольку при торможении пульки в системе действуют только внутренние силы.