Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Подвесьте линейку на двух нитях к лапке штатива, так, чтобы нити и линейка образовывали приблизительно равносторонний треугольник. В точке крепления прикрепите нить отвеса. Привяжите к концам линейки две нитяных петли, так, что бы на них можно было навешивать грузы из набора.
Если на петли подвешивать разное число грузов, то линейка отклоняется от горизонтального положения.
В качестве параметра отклонения используется величина
Просьба не путать: величина
1.1 Найдите зависимость (т.е. выведите формулу) параметра
Этот график постройте в тетради – миллиметровку используйте для построения графиков экспериментальных зависимостей.
Если вы правильно выполнили задание 1.1, то убедились, что полученная зависимость является нелинейной, поэтому неудобной для использования при анализе экспериментальных данных.
Нарисуй схематично линейку с подвешенными в её концах грузами и проведённой через точку подвеса ниткой отвеса; отметь расстояния от точки пересечения нитки с линейкой до мест подвеса грузов.
Запиши условие равновесия моментов сил относительно точки пересечения нитки с линейкой: моменты от двух грузов должны компенсировать друг друга.
- Вычисли моменты от грузов через их массы и соответствующие плечи (расстояния от точки пересечения нитки до концов линейки).
- Запиши уравнение равенства этих моментов.
- Подставь длину линейки
и обозначение в уравнение. - Вырази
из полученного уравнения в виде функции от и .
1.1 Все выкладки существенно упрощаются, если сразу заметить, что нить отвеса в любом случае будет проходить через центр масс линейки с грузами.
Пренебрегая массой линейки это условие можно записать в виде
где
Из уравнения (1) следует искомая зависимость
где
График этой функции показан на рисунке.
*Примечание. Очевидна, что эта формула может быть получена и другими способами, например, из условия равенства моментов сил относительно любой точки.
Из уравнения (1) следует и наиболее простая функция
и ее теоретическая зависимость (проще не бывает!) от отношения масс
1.2 Предложите какую-нибудь функцию
*Постарайтесь, чтобы эта функция
2.1 Проведите измерения величины
Постарайтесь, чтобы этих комбинаций было как можно больше. Подсказываем
В Таблице 1 приведите значения масс подвешенных грузов
Таблица 1.
| № | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
2.1 Результаты измерений значения величины
Таблица 1. Результаты измерений.
| № | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 | 0 | 350 | 0,143 | 0,000 |
| 2 | 0 | 2 | 0 | 367 | 0,090 | 0,000 |
| 3 | 0 | 3 | 0 | 369 | 0,084 | 0,000 |
| 4 | 0 | 4 | 0 | 371 | 0,078 | 0,000 |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 200 | 1,000 | 1,000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | 1 | 2 | 0,500 | 258 | 0,550 | 0,500 |
| 8 | 1 | 3 | 0,333 | 288 | 0,389 | 0,333 |
| 9 | 1 | 4 | 0,25 | 307 | 0,303 | 0,250 |
| 10 | 1 | 5 | 0,2 | 321 | 0,246 | 0,200 |
| 11 | 2 | 1 | 2 | 142 | 1,817 | 2,000 |
| 12 | 2 | 2 | 1 | 200 | 1,000 | 1,000 |
| 13 | 2 | 3 | 0,667 | 237 | 0,688 | 0,667 |
| 14 | 2 | 4 | 0,5 | 261 | 0,533 | 0,500 |
| 15 | 3 | 1 | 3 | 107 | 2,738 | 3,000 |
| 16 | 3 | 2 | 1,5 | 162 | 1,469 | 1,500 |
| 17 | 3 | 3 | 1 | 200 | 1,000 | 1,000 |
| 18 | 4 | 1 | 4 | 89 | 3,494 | 4,000 |
| 19 | 4 | 2 | 2 | 137 | 1,920 | 2,000 |
| 20 | 5 | 1 | 5 | 76 | 4,263 | 5,000 |
2.2 Постройте график экспериментальной зависимости
2.3 Укажите основные причины расхождений между теоретическими и экспериментальными значениями величины
Вспомни, какие идеализации были сделаны в теории; подумай, какие реальные факторы могут привести к систематическим отклонениям.
Проанализируй возможные причины: пренебрежение массой линейки, неточная симметрия подвеса, погрешности измерения
- Запиши список возможных источников расхождений: масса линейки, положение точек подвеса, неточность измерения
, невесомость нитей/трение и т.д. - Определи, какие из них дают систематическое смещение (например, масса линейки) и какие — случайный разброс.
- Оцени по величине и знаку, как каждая причина меняет
относительнот е о р .э к с п - Выразите вклад каждой основной причины в наблюдаемые расхождения (какая причина доминирует).
2.3 Видно, что отклонения экспериментальных точек от теоретической зависимости носят систематический характер, поэтому не могут быть оправданы погрешностями измерений (хотя они неизбежны). Очевидно, что основная причина расхождений — пренебрежение массой линейки.
2.4 Измерение массы линейки может быть проведено различными способами. Самый очевидный – прямой расчет координаты центра масс (с учетом массы линейки
Откуда следует формула для расчета массы линейки
Расчет по этой формуле приводит к достаточно большому разбросу результатов. В результате получено значение (по всем данным)



