Travaux de laboratoire étudiant le mouvement d'un corps en cercle. Détermination du poids corporel par pesée sur une balance. Indiquer si l'objectif des travaux a été atteint

Élasticité et lourdeur

But du travail

Détermination de l'accélération centripète de la balle lorsqu'elle Mouvement uniforme circonférentiellement

Partie théorique du travail

Les expériences sont réalisées avec un pendule conique : une petite boule suspendue à un fil se déplace en cercle. Dans ce cas, le fil décrit un cône (Fig. 1). Deux forces agissent sur la balle : la gravité et la force élastique du fil. Ils créent accélération centripète, dirigé radialement vers le centre du cercle. Le module d'accélération peut être déterminé cinématiquement. Il est égal à :

Pour déterminer l'accélération (a), vous devez mesurer le rayon du cercle (R) et la période de révolution de la balle le long du cercle (T).

L'accélération centripète peut être déterminée de la même manière en utilisant les lois de la dynamique.

D'après la deuxième loi de Newton, Écrivons-le équation donnée en projections sur les axes sélectionnés (Fig. 2) :

Oh: ;

Oh : ;

A partir de l'équation en projection sur l'axe Ox, on exprime la résultante :

A partir de l'équation en projection sur l'axe Oy, on exprime la force élastique :

La résultante peut alors s’exprimer :

et donc l'accélération : , où g=9,8 m/s 2

Par conséquent, pour déterminer l’accélération, il est nécessaire de mesurer le rayon du cercle et la longueur du fil.

Équipement

Un trépied avec un accouplement et un pied, un ruban à mesurer, une boule sur une ficelle, une feuille de papier avec un cercle dessiné, une horloge avec une trotteuse

Progrès

1. Accrochez le pendule au pied du trépied.

2. Mesurez le rayon du cercle avec une précision de 1 mm. (R)

3. Positionnez le trépied avec le pendule de manière à ce que l'extension du cordon passe par le centre du cercle.

4. Prenez le fil au point de suspension avec vos doigts et faites tourner le pendule pour que la boule décrive un cercle égal à celui dessiné sur le papier.

6. Déterminez la hauteur du pendule conique (h). Pour ce faire, mesurez la distance verticale entre le point de suspension et le centre du ballon.

7. Trouvez le module d'accélération à l'aide des formules :

8. Calculez les erreurs.

Tableau Résultats des mesures et calculs

Calculs

1. Période de diffusion : ; T=

2. Accélération centripète :

; un 1 =

; un 2 =

Valeur moyenne de l'accélération centripète :

; et av =

3. Erreur absolue :

∆une 1 =

∆a 2 =

4. Moyenne erreur absolue: ; Δa moyenne =

5. Erreur relative : ;

Conclusion

Enregistrer les réponses répondre aux questions par des phrases complètes

1. Formuler la définition de l’accélération centripète. Notez-le ainsi que la formule pour calculer l'accélération lors d'un déplacement en cercle.

2. Formulez la deuxième loi de Newton. Notez sa formule et son libellé.

3. Notez la définition et la formule de calcul

la gravité.

4. Notez la définition et la formule de calcul de la force élastique.

TRAVAIL DE LABORATOIRE 5

Mouvement d'un corps selon un angle par rapport à l'horizontale

Cible

Apprenez à déterminer la hauteur et la portée de vol lorsque vous déplacez un corps avec une vitesse initiale dirigée selon un angle par rapport à l'horizon.

Équipement

Modèle « Mouvement d'un corps projeté selon un angle par rapport à l'horizontale » dans des feuilles de calcul

Partie théorique

Le mouvement des corps selon un angle par rapport à l'horizon est un mouvement complexe.

Le mouvement selon un angle par rapport à l'horizontale peut être divisé en deux composantes : un mouvement horizontal uniforme (le long de l'axe x) et en même temps uniformément accéléré, avec accélération chute libre, verticalement (le long de l'axe y). C'est ainsi qu'un skieur se déplace lorsqu'il saute d'un tremplin, un jet d'eau d'un canon à eau, des obus d'artillerie, des lancers d'obus

Équations de mouvement s w:space="720"/>"> Et

Écrivons en projections sur les axes x et y :

Vers l'axe X : S=

Pour déterminer l'altitude de vol, il faut se rappeler qu'au point culminant de l'ascension, la vitesse du corps est de 0. Ensuite, le temps de montée sera déterminé :

En tombant, le même temps s'écoule. Par conséquent, le temps de déplacement est défini comme

Ensuite, la hauteur de levage est déterminée par la formule :

Et la plage de vol :

La plus grande portée de vol est observée lors d'un déplacement à un angle de 45 0 par rapport à l'horizon.

Progrès

1. Écrivez à classeur partie théorique travailler et établir un horaire.

2. Ouvrez le fichier « Mouvement selon un angle par rapport à l'horizontale.xls ».

3. Dans la cellule B2, entrez la valeur de la vitesse initiale, 15 m/s, et dans la cellule B4, l'angle de 15 degrés.(seuls les nombres sont saisis dans les cellules, sans unités de mesure).

4. Considérez le résultat sur le graphique. Modifiez la valeur de la vitesse à 25 m/s. Comparer les graphiques. Qu'est ce qui a changé?

5. Modifiez les valeurs de vitesse à 25 m/s et l'angle à –35 degrés ; 18 m/s, 55 degrés. Examinez les graphiques.

6. Effectuer des calculs de formule pour les valeurs de vitesse et d'angle(selon options) :

8. Vérifiez vos résultats, regardez les graphiques. Dessinez les graphiques à l'échelle sur une feuille A4 séparée

Tableau Valeurs des sinus et cosinus de certains angles

	30 0	45 0	60 0
Sinus (péché)	0,5	0,71	0,87
Cosinus (Cos)	0,87	0,71	0,5

Conclusion

Notez les réponses aux questions phrases incomplètes

1. De quelles valeurs dépend la portée de vol d'un corps projeté incliné par rapport à l'horizon ?

2. Donnez des exemples de mouvements de corps selon un angle par rapport à l'horizontale.

3. À quel angle par rapport à l'horizon la plus grande distance de vol d'un corps est-elle observée sous un angle par rapport à l'horizon ?

LABO 6

4.2.1. Préparez une balance et, avec la permission du laborantin, pesez le corps. Déterminez l'erreur instrumentale de la balance.

4.2.2. Notez le résultat de la mesure sous forme standard : m = (m ± Δm) [dimension].
5. CONCLUSION

Indiquez si l’objectif du travail a été atteint.

Enregistrez vos mesures de poids corporel de deux manières.

5.3. Comparez les résultats. Tirer une conclusion
6. VÉRIFIER LES QUESTIONS

6.1. Qu'est-ce que la masse inertielle, la masse gravitationnelle, comment sont-elles déterminées ? Formuler le principe d'équivalence des masses inertielle et gravitationnelle.
6.2. Que sont les mesures directes et les mesures indirectes ? Donnez des exemples de mesures indirectes.
6.3. Quelle est l’erreur absolue de la grandeur mesurée ?
6.4. Quelle est l’erreur relative de la grandeur mesurée ?
6.5. Quel est l'intervalle de confiance de la valeur mesurée ?
6.6. Listez les types d'erreurs et donnez-les brève description.
6.7. Quelle est la classe de précision de l'appareil ? Quel est le prix de division de l'appareil ?
Comment est déterminée l’erreur instrumentale d’un résultat de mesure ?
6.8. Comment l'erreur relative et l'erreur absolue de la mesure indirecte sont calculées.
6.9. Comment le résultat final de la mesure est-il enregistré de manière standard ? Quelles exigences doivent être remplies ?

6.10. Mesurez la taille linéaire du corps avec un pied à coulisse. Enregistrez le résultat de la mesure sous forme standard.

6.11. Mesurez la taille linéaire du corps avec un micromètre. Notez le résultat.

Travaux de laboratoire №2.

Étudier le mouvement d'un corps en cercle

1. OBJECTIF DES TRAVAUX. Détermination de l'accélération centripète d'une balle lors de son mouvement uniforme en cercle.

2. APPAREILS ET ACCESSOIRES. Un trépied avec un accouplement et un pied, une règle, un mètre ruban, une boule sur une ficelle, une feuille de papier, un chronomètre.

BRÈVE THÉORIE

L'expérience est réalisée avec un pendule conique (Fig. 1). Qu'une balle suspendue à un fil décrive un cercle de rayon R.. Deux forces agissent sur la balle : la gravité et la tension du fil. Leur résultante crée une accélération centripète dirigée vers le centre du cercle. Le module d'accélération peut être déterminé à l'aide de la cinématique :

(1)

Pour déterminer l'accélération, il faut mesurer le rayon du cercle R et la période T rotation du ballon en cercle.
L'accélération centripète peut également être déterminée à l'aide de la 2ème loi de Newton :

Nous choisissons la direction des axes de coordonnées comme indiqué sur la figure 1. Projetons l'équation (2) sur les axes sélectionnés :

A partir des équations (3) et (4) et de la similarité des triangles on obtient :

Fig. 1. . (5)

Ainsi, à l'aide des équations (1), (3) et (5), l'accélération centripète peut être déterminée de trois manières :

. (6)

Module de composant F x peut être mesuré directement avec un dynamomètre. Pour ce faire, on tire la balle avec un dynamomètre horizontal jusqu'à une distance égale au rayon R. cercle (Fig. 1) et déterminez la lecture du dynamomètre. Dans ce cas, la force élastique du ressort équilibre la composante horizontale F x et de taille égale.

Dans ce travail, la tâche est de vérifier expérimentalement que valeurs numériques l'accélération centripète obtenue par les trois méthodes sera la même (la même dans la limite des erreurs absolues).

TÂCHE DE TRAVAIL

1. Déterminer la masse m balle sur la balance. Résultat de pesée et erreur instrumentale ∆ m enregistrer dans le tableau 1.

2. Dessinez un cercle d'un rayon d'environ 20 cm sur une feuille de papier, nous mesurons ce rayon, déterminons l'erreur instrumentale et écrivons les résultats dans le tableau 1.

3. On positionne le trépied avec le pendule de manière à ce que la suite du fil passe par le centre du cercle.

4. Prenez le fil avec vos doigts au point de suspension et faites tourner le pendule pour que la boule décrive le même cercle que le cercle dessiné sur papier.

5. Compte à rebours t, pendant lequel la balle effectue un nombre de tours donné (par exemple, N= 30) et estimez l'erreur ∆ t des mesures. Les résultats sont enregistrés dans le tableau 1.

6. Déterminez la hauteur h pendule conique et erreur instrumentale ∆ h. Distance h mesuré verticalement du centre du ballon au point de suspension. Les résultats sont enregistrés dans le tableau 1.

7. Nous tirons la balle avec un dynamomètre horizontal jusqu'à une distance égale au rayon R du cercle et déterminons la lecture du dynamomètre F= F x et erreur instrumentale ∆ F. Les résultats sont enregistrés dans le tableau 1.

Tableau 1.

∆m

∆R

∆t

∆h

∆F

∆g

∆ π

Avec

m/s 2

8. Calculez la période T rotation de la balle dans un cercle et erreur ∆ T:

9. À l'aide des formules (6), nous calculons les valeurs de l'accélération centripète de trois manières et les erreurs absolues des mesures indirectes de l'accélération centripète.

CONCLUSION

Dans le résultat, notez sous forme standard les valeurs d'accélération centripète obtenues de trois manières. Comparez les valeurs obtenues (voir section « Introduction. Erreurs de mesure »). Tirer une conclusion.

QUESTIONS DE CONTRÔLE

6.1. Qu'est-ce qu'une période T

6.2. Comment pouvez-vous déterminer expérimentalement la période T rotation du ballon en cercle ?

6.3. Qu'est-ce que l'accélération centripète, comment peut-elle s'exprimer à travers la période de révolution et à travers le rayon du cercle ?

6.4. Qu'est-ce qu'un pendule conique ? Quelles forces agissent sur la boule d’un pendule conique ?

6.5. Écrivez la deuxième loi de Newton pour un pendule conique.

6.6. Quelles sont les trois façons de déterminer l’accélération centripète suggérées dans ce laboratoire ?

6.7. Quels appareils de mesure sont utilisés pour déterminer les valeurs ? grandeurs physiques donnée dans le tableau 1 ?

6.8. Laquelle des trois méthodes de détermination de l’accélération centripète donne la valeur la plus précise de la grandeur mesurée ?

Travail de laboratoire n°3

Informations connexes.

jeÉtape préparatoire

La figure montre un diagramme schématique d’une balançoire connue sous le nom de pas de géant. Trouvez la force centripète, le rayon, l'accélération et la vitesse de rotation de la personne sur la balançoire autour du poteau. La longueur de la corde est de 5 m, le poids de la personne est de 70 kg. Lorsque le poteau et la corde tournent, ils forment un angle de 300. Déterminez la période si la fréquence de rotation de la balançoire est de 15 min-1.

Indice : Un corps se déplaçant en cercle est soumis à la force de gravité et à la force élastique de la corde. Leur résultante confère une accélération centripète au corps.

Saisissez les résultats du calcul dans le tableau :

Temps de circulation, s

Vitesse

Période de circulation, s

Rayon de circulation, m

Poids corporel, kg

force centripète, N

vitesse de circulation, m/s

accélération centripète, m/s2

II. Scène principale

Objectif du travail :

Appareils et matériels :

1. Avant l'expérience, suspendez une charge, préalablement pesée sur une balance, à un fil du pied du trépied.

2. Sous le poids suspendu, placez une feuille de papier sur laquelle est dessiné un cercle d'un rayon de 15 à 20 cm. Placez le centre du cercle sur fil à plomb passant par le point de suspension du pendule.

3. Au point de suspension, prenez le fil avec deux doigts et faites tourner délicatement le pendule, de sorte que le rayon de rotation du pendule coïncide avec le rayon du cercle dessiné.

4. Mettez le pendule en rotation et, en comptant le nombre de tours, mesurez le temps pendant lequel ces tours se sont produits.

5. Écrivez les résultats des mesures et des calculs dans un tableau.

6. La force de gravité et la force élastique résultantes, trouvées au cours de l'expérience, sont calculées à partir des paramètres du mouvement circulaire de la charge.

D’un autre côté, la force centripète peut être déterminée à partir de la proportion

Ici, la masse et le rayon sont déjà connus grâce aux mesures précédentes, et pour déterminer la force centrifuge de la deuxième manière, il est nécessaire de mesurer la hauteur du point de suspension au-dessus de la bille en rotation. Pour ce faire, tirez le ballon sur une distance égale au rayon de rotation et mesurez la distance verticale entre le ballon et le point de suspension.

7. Comparez les résultats obtenus par deux méthodes différentes et tirez une conclusion.

IIIÉtape de contrôle

S'il n'y a pas de balance à la maison, le but du travail et de l'équipement peut être modifié.

Objectif du travail : mesure de la vitesse linéaire et de l'accélération centripète lors d'un mouvement circulaire uniforme

Appareils et matériels :

1. Prenez une aiguille à double fil de 20 à 30 cm de long et collez la pointe de l'aiguille dans une gomme, un petit oignon ou une boule de pâte à modeler. Vous recevrez un pendule.

2. Soulevez votre pendule par l'extrémité libre du fil au-dessus d'une feuille de papier posée sur la table et amenez-le en rotation uniforme le long du cercle représenté sur la feuille de papier. Mesurez le rayon du cercle le long duquel se déplace le pendule.

3. Obtenez une rotation stable de la balle le long d'une trajectoire donnée et utilisez une horloge avec une trotteuse pour enregistrer le temps de 30 tours du pendule. À l'aide de formules connues, calculez les modules de vitesse linéaire et d'accélération centripète.

4. Créez un tableau pour enregistrer les résultats et remplissez-le.

Les références:

1. Cours de laboratoire frontal en physique au lycée. Un manuel pour les enseignants, édité. Éd. 2ème. - M., « Lumières », 1974

2. Travail de Shilov à l'école et à la maison : mécanique - M. : « Lumières », 2007

Nous savons grâce au manuel (pp. 15-16) qu'avec un mouvement uniforme dans un cercle, la vitesse d'une particule ne change pas en ampleur. En fait, d’un point de vue physique, ce mouvement est accéléré, puisque la direction de la vitesse change continuellement au fil du temps. Dans ce cas, la vitesse en chaque point est pratiquement dirigée le long d'une tangente (Fig. 9 dans le manuel à la page 16). Dans ce cas, l'accélération caractérise la vitesse de changement dans le sens de la vitesse. Elle est toujours dirigée vers le centre du cercle le long duquel la particule se déplace. Pour cette raison, on parle communément d’accélération centripète.

Cette accélération peut être calculée à l'aide de la formule :

La vitesse de déplacement d'un corps en cercle est caractérisée par le nombre de tours complets effectués par unité de temps. Ce nombre est appelé vitesse de rotation. Si un corps fait v tours par seconde, alors le temps qu'il faut pour effectuer un tour est

secondes Ce temps est appelé la période de rotation

Pour calculer la vitesse de déplacement d'un corps dans un cercle, il faut le chemin parcouru par le corps en un tour (il est égal à la longueur

cercle) divisé par période :

dans ce travail, nous

Nous observerons le mouvement d'une balle suspendue à un fil et se déplaçant en cercle.

Un exemple du travail réalisé.

N° 1. Etude du mouvement du corps en cercle

But du travail

Déterminez l’accélération centripète de la balle lorsqu’elle se déplace uniformément en cercle.

Partie théorique

Les expériences sont réalisées avec un pendule conique. Une petite boule se déplace dans un cercle de rayon R. Dans ce cas, le fil AB, auquel la boule est attachée, décrit la surface d'un cône circulaire droit. Des relations cinématiques, il résulte que an = ω 2 R = 4π 2 R/T 2.

Deux forces agissent sur la bille : la force de gravité m et la force de tension du fil (Fig. L.2, a). D'après la deuxième loi de Newton, m = m +. Après avoir décomposé la force en composantes 1 et 2, dirigées radialement vers le centre du cercle et verticalement vers le haut, nous écrivons la deuxième loi de Newton comme suit : m = m + 1 + 2. On peut alors écrire : ma n = F 1. D'où a n = F 1 /m.

Le module de la composante F 1 peut être déterminé à partir de la similarité des triangles OAB et F 1 FB : F 1 /R = mg/h (|m| = | 2 |). D'où F 1 = mgR/h et a n = gR/h.

Comparons les trois expressions pour un n :

et n = 4 π 2 R/T 2, et n = gR/h, et n = F 1 /m

et assurez-vous que les valeurs numériques de l'accélération centripète obtenues par les trois méthodes sont approximativement les mêmes.

Équipement

Un trépied avec un accouplement et un pied, un ruban à mesurer, une boussole, un dynamomètre de laboratoire, une balance avec des poids, une balle sur une ficelle, un morceau de liège troué, une feuille de papier, une règle.

Demande de service

1. Déterminez la masse de la balle sur une échelle avec une précision de 1 g.

2. Passez le fil à travers le trou du bouchon et serrez le bouchon dans le pied du trépied (Fig. L.2, b).

3. Tracez un cercle sur une feuille de papier d'un rayon d'environ 20 cm et mesurez le rayon à 1 cm près.

4. Positionnez le trépied avec le pendule de manière à ce que la suite du fil passe par le centre du cercle.

5. En prenant le fil avec vos doigts au point de suspension, faites tourner le pendule pour que la boule décrive le même cercle que celui dessiné sur le papier.

6. Comptez le temps pendant lequel le pendule fait un nombre donné (par exemple, compris entre 30 et 60) tours.

7. Déterminez la hauteur du pendule conique. Pour ce faire, mesurez la distance verticale entre le centre de la balle et le point de suspension (nous supposons h ≈ l).