Материал: 1700

P m1g,

где m1 1 V; 1 – плотность шарика; V – объём шарика и архимедова сила Fa, численно равная весу вытесненной жидкости в объёме погруженного в неё тела:

Fa m2g,

где m2 2V; 2 – плотность жидкости.

Fa 1 D3 2g.

6

Все три силы направлены по вертикали: сила тяжести Р – вниз, архимедова сила Fa и сила сопротивления Fc – вверх.

В начале падения шарика P Fa Fc и его движение ускоренное. С увеличением скорости растёт сила сопротивления, и спустя некоторое время сила тяжести уравновешивается архимедовой силой и силой сопротивления:

В результате движение становится равномерным с постоянной скоростью . Такое движение шарика называется установившимся.

Выражение (2) можно записать в виде

1 D3 1g 1 D3 2g 3 D, 6 6

откуда коэффициент трения равен

Влабораторной работе падение металлических шариков наблюдают в стеклянном цилиндре, наполненном исследуемой жидкостью (касторовым маслом). На цилиндре нанесены две горизонтальные метки 1 и 2 (см. рис. 2), расположенные друг от друга на расстоянии l.

55

Таблица 1

Коэффициенты внутреннего трения касторового масла при различных температурах

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.С помощью микроскопа измерить диаметр шарика.

2.Опустить шарик в жидкость. В момент прохождения шариком верхней метки 1 включить электронный секундомер и выключить его при прохождении шариком метки 2. Определить время прохождения шариком расстояния между метками.

3.С помощью линейки определить расстояния между метками l.

4.По термометру определить комнатную температуру t.

5.Полученные данные занести в табл. 2.

6.Повторить опыт (п. 1 и 2) ещё для двух шариков разных диаметров. Данные занести в табл. 2.

Таблица 2

7. Вычислить скорость падения шарика по формуле l .

8. Рассчитать коэффициент внутреннего трения по формуле (3) для каждого шарика.

56

9. Вычислить абсолютную и относительную погрешности

коэффициента внутреннего трения по правилам расчёта погрешностей при невоспроизводимых контролируемых условиях согласно примеру 4 (с. 17) и записать конечный результат в стандартной форме

( ) Па·с

... %

...

Примечание. Для нахождения относительной приборной погрешности можно воспользоваться приближённой формулой

2 Dпр

пр D .

10. Результаты расчётов занести в табл. 2.

11. Сравнить полученное при данной температуре среднее значение коэффициента внутреннего трения касторового масла (с учётом абсолютной погрешности ) со справочными данными (см. табл. 1) и сделать соответствующий вывод.

Контрольные вопросы и задания

1.В чём суть явления внутреннего трения? Уравнение для этого явления. Физический смысл коэффициента динамической вязкости.

2.Как определяется коэффициент динамической вязкости по методу Стокса?

3.Вывести расчётную формулу (3) для определения коэффициента внутреннего трения.

Библиографический список

1. Яворский, Б. М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. –

М. : Наука, 1990. – 624 с.

2. Общая физика : руководство по лабораторному практикуму : учеб. пособие / под ред. И. Б. Крынецкого и Б. А. Струкова. – М. : ИНФРА-М, 2008. – 599 с.

3.Трофимова, Т. И. Курс физики : учеб. пособие / Т. И. Трофимова. – М. :

Академия, 2014. – 560 с.

4.Детлаф, А. А. Курс физики : учеб. пособие для студентов втузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. – М. : Академия, 2014. – 720 с.

57

ПРИЛОЖЕНИЕ

Подготовка к выполнению лабораторных работ

Перед выполнением каждой лабораторной работы студенту необходимо заранее, перед приходом на занятие, сделать заготовку в тетради или на отдельных листах (согласовывается с преподавателем), в которой должны быть отражены следующие пункты:

1.Название лабораторной работы.

2.Цель работы.

3.Приборы и принадлежности (в виде таблицы или списком,

согласовывается с преподавателем), табличные величины и данные установки. При оформлении в виде таблицы следует записать названия используемых измерительных приборов. Для каждого из них указать предел шкалы и класс точности (если имеется), наименьшую цену деления шкалы измерительного прибора.

4.Краткая теория, включающая в себя поясняющие выполняемую лабораторную работу рисунки (при необходимости) и расчётные формулы (обязательно) с расшифровкой всех входящих в них величин.

5.Таблицы (для внесения в них исходных данных и расчётных величин).

6.Расчёты (резервируется место для расчётов). В дальнейшем все вычисления производятся кратко, без приведения промежуточных вычислений, т. е. в формулы подставляются числовые значения вместо указанных в них величин, после чего ставится знак равенства

ипишется ответ согласно правилам приближённых вычислений (см. с. 4-5 данного учебно-методического пособия).

7.Вывод, в котором указывается степень достижения цели выполненной лабораторной работы, записывается результат измерений искомой физической величины в стандартной форме (см. правила записи результата измерений, с. 10), а также указываются причины расхождения полученного результата с ожидаемым (теоретическим).

58

Оглавление

Введение………………………………………………...……………………….........3

1.ПРИБЛИЖЁННЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ………………………………………….4

1.1.Значащие цифры…...………..………………………………………………..4

1.2.Правила подсчёта цифр……...………………………………………………4

1.3.Правила округления…………………….…………………………................5

2.ПОГРЕШНОСТИ ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН..…...6

2.1.Расчёт погрешностей при прямых измерениях…...………………………..8

2.2.Расчёт погрешностей при косвенных измерениях......................................12

Воспроизводимые контролируемые условия……….………………….12 Невоспроизводимые контролируемые условия………….………..…….16

Графическое изображение результатов измерений…………………………....19

Лабораторная работа №1. Обработка результатов измерений………...……....20 Упражнение №1. Измерение времени реакции на сигнал……………….……20

Теоретические сведения……………………………………....................20 Порядок выполнения упражнения №1………………….…………........20 Обработка результатов прямых измерений…………………………….21

Расчёт погрешности косвенного измерения………………………........21 Упражнение №2. Измерение массы тела цилиндрической формы…………..22 Теоретические сведения…………………………………………………22

Штангенциркуль………………………………………………………….23

Микрометр………………………………………………………………..25 Порядок выполнения упражнения №2………………….…………........27 Контрольные вопросы и задания………………..…...…………………………28

Лабораторная работа №3. Определение скорости пули с помощью баллистического маятника………...……..................................................................29

Теоретические сведения………………………………………………………...29 Описание установки…………………………………………………………….30

Справочные данные……………………………………………………………..31 Порядок выполнения работы…………………………………………………...31 Контрольные вопросы и задания………………...…………………………......34

Лабораторная работа №4. Изучение вращательного движения………….……34

Упражнение №1. Проверка основного закона динамики вращательного движения……………………………………………………………………………..34 Теоретические сведения…………………………………………………34

Описание установки. Вывод расчётных формул………………………36

Порядок выполнения упражнения №1………………….…………........39 Обработка результатов измерений……………………………………...40 Упражнение №2. Проверка зависимости момента инерции от расстояния грузов, закреплённых на стержнях маятника Обербека, до оси вращения……..41 Описание установки. Расчётные формулы……………………………..42 Справочные данные……………………………………………………...44 Порядок выполнения упражнения №2………………….…………........44 Без грузов на спицах……………………………………………………..44

59