Механика, молекулярная физика и термодинамика: Лекционные демонстрации по физике, страница 4

Тележка стоит на  горизонтальной по 2верхности. Если шарик привести в ко 2лебательное 2  0 движение  в 2  0 плоскости, параллельной 2  0 плоскости, в  которой вращаются колеса тележки,то тележка тоже  2  0придет в колебательное движе 2ние.В то время когда центр масс ша 2рика движется вправо,центр масс те 2лежки  движется  влево, и наоборот.

Следует заметить, что при выполнении этого опыта  может наблюдаться

9

.

небольшое постепенное смещение центра масс в одну сторону. Это может быть связано с недостаточной  горизонтальность поверхности, на которой стоит тележка, или с несимметричностью сил трения при движении вправо и влево.

 21.5. Движение тела по мертвой петле

При движении шарика по направляющим,  имеющим форму окружности в вертикальйной плоскости,  центростремительная  сила  обусловлена нормальной составляющей  силы тяжести и реакцией опоры.  В верхней точке должно выполняться условие

 ш1.0

 7q 52

 3mg 0 +  3N 0 =  3m 7 \\

 52

 ш1.5

где  1N 0 - реакция опоры.

Минимальное значение скорости 7 q 0 в верхней точке будет при  3N 7  6 0   30 0, следовательно

 7йq 4min = 7 ? 1gR 0.

При  меньшем значении скорости шарик падает вниз.

Для того, чтобы скорость шарика в верхней точке окружности была равной 7 ? 1gR 0,  высота  1h 0, с которой он скатывается, должна быть не менее 2,5  1R 0.

Это можно продемонстрировать на установке,  показанной на  рисунке.

 21.6. Законы Ньютона

Для демонстрации   законов

Ньютона, а также для ряда других опытов по механике используется стандартный учебный демонстрационный прибор с  некоторыми доработками.

Основными частями прибора являются монорельс и две каретки 1 2 0.  Регулировочные винты 1 3 0 служат для установки монорельса в горизонтальной плоскости.

10

.

Монорельс изготовлен  из алюминиевого сплава.  Как показано на следующем рисунке,  он состоит из двух  направляющих угольников 1 1 0, соединенных перемычками 1 2 0.

Каретки 1 3 0 изготовлены из пластмассы.

С нижней  стороны  кареток и на верхних полках 1  0 угольников  11 0  приклеены  полосы магнитной  резины   14 0. Полосы  магнитной резины монорельса  и  кареток  обращены друг к другу одноименными полюсами и отталкиваются друг от друга. В результате каретка висит  над  монорельсом на "магнитной  подушке", не касаясь его.  Для того чтобы каретка перемещалась точно вдоль монорельса,  в ее корпусе расположены направляющие ролики  15 0.  В такой конструкции  силы трения сведены  к минимуму.  Это позволяет успешно осуществить ряд лекционных демонстраций.

Перед началом  работы  с прибором монорельс следует установить строго горизонтально,  чтобы исключить влияние  составляющей  силы тяжести, действующей на тележку вдоль  монорельса.

1.6.1. Демонстрация второго закона Ньютона

Для демонстрации этого закона на монорельсе укреплен  блок 1  1 0, через  который перекинута нить 1 2 0,  один конец которой прикреплен к каретке,  а к другому концу подвешен грузик  13 0.  Масса  1m 0 грузика 1  3

должна подбираться такой,  чтобы ускорение, с которым он опускается, было значительно меньше ускорения силы тяжести, т.е.  1a 0 <<  1g 0. В

этом случае можно считать,  что сила натяжения нити,  движущая каретку, постоянна и равна mg.

На приборе  можно  продемонстрировать зависимость ускорения от приложенной силы и от массы тела.

Для демонстрации  зависимости ускорения каретки от приложенной силы рекомендуется использовать ненагруженную каретку и два  груза массами 5 г и 10 г, поочередно укрепляемых на конце нити.

11

.

Для демонстрации зависимости ускорения от массы  рекомендуется использовать прикрепляемый  к  нити  груз массой 10 г.  В одном из опытов используется ненагруженная каретка,  в другом опыте на  каретку следует положить груз массой 100 г.