Измерение потенциальной и кинетической энергии падающего шарика

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

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

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

      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.

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/