Исследование сопротивления воздуха

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ РАБОТЫ ПО ФИЗИКЕ НА БАЗЕ КОМПЛЕКСА ОБОРУДОВАНИЯ VERNIER

Лабораторная работа № 5

Исследование II закона Ньютона

ЦЕЛИ РАБОТЫ: изучить II закон Ньютона, собрать данные о силе, приложенной к тележке, и её ускорении при движении вперёд и назад, сравнить графики зависимости силы и ускорения от времени, проанализировать график отношения силы к ускорению, установить взаимосвязь силы, массы и ускорения.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: компьютер, датчик силы, интерфейс сбора данных Vernier, программа Logger Pro, тележка, датчик ускорения (акселерометр), груз массой 0,5 кг.

ХОД РАБОТЫ

1. Подключите двухдиапазонный датчик силы к каналу 1интерфейса сбора данных Vernier. Подключите акселерометр к каналу 2 интерфейса.

2. Откройте файл 09 Newtons Second Law из папки Physics with Vernier.

3. Прикрепите датчик силы к тележке таким образом, чтобы к крючку датчика можно было приложить силу, направленную горизонтально вдоль измерительной оси датчика силы. Затем присоедините акселерометр. Стрелка акселерометра должна располагаться горизонтально и параллельно направлению движения тележки. Расположите акселерометр так, чтобы, когда вы будете тянуть за крючок датчика силы, тележка двигалась в направлении, указанном стрелкой. Определите массу тележки с прикреплёнными акселерометром и датчиком силы. Занесите значение массы в таблицу данных.

4. Поместите тележку на ровную поверхность. Убедитесь, что она стоит неподвижно, и нажмите . Проверьте, чтобы оба датчика были включены, и нажмите .

5. Теперь всё готовок сбору данных о силе и ускорении. Возьмитесь за крючок датчика силы. Нажмите и несколько секунд катайте тележку вперёд-назад по столу. Изменяйте движение, прилагая различную по величине силу. Следите, чтобы ваша рука касалась только крючка датчика силы, но не корпусов датчика силы или акселерометра.

6. Обратите внимание на форму графиков зависимости силы и ускорения от времени. Нажмите кнопку Examine (Проверить) и проведите курсором мыши по графику зависимости силы от времени. Чтобы выключить режим изучения, нажмите вновь Examine.

7. График зависимости силы от времени должен представлять собой прямую линию. Для подбора прямой к полученным данным выберите график, затем нажмите кнопку Linear Fit (Подбор прямой)

Запишите уравнение для линии регрессии в таблицу данных

8. Распечатайте по экземпляру каждого графика.

9. Поставьте на тележку груз массой 0,5 кг. Занесите массу тележки, датчиков и дополнительного груза в таблицу данных.

10. Повторите шаги 5-8.

Таблица данных

№ опыта	Общая масса системы, кг	Уравнение зависимости F(a)
1
2

ВОПРОСЫ

Ø Сравните графики зависимости силы и ускорения от времени в одном из испытаний. Чем они отличаются? Что в них общего?

Ø Прямо пропорциональны ли равнодействующие всех приложенных к телу сил и ускорение тела? Аргументируйте ответ данными эксперимента.

Ø Составьте общее уравнение, в котором соотносятся все три переменные: сила, масса и ускорение.

Лабораторная работа № 6

Исследование сопротивления воздуха

ЦЕЛИ РАБОТЫ: пронаблюдать влияние сопротивления воздуха на кофейные фильтры или бумажные конусы во время их падения, определить, как влияют сопротивление воздуха и масса падающего предмета на значение его конечной скорости.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ: компьютер, датчик расстояния, интерфейс сбора данных Vernier, программа Logger Pro, 5 кофейных фильтров или бумажных конусов.

ХОД РАБОТЫ

1. Подключите датчик расстояния к каналу 1 DIG/SONIC интерфейса сбора данных.

2. Установите датчик расстояния на высоте 2 м от пола, направив его вниз, как показано на рисунке.

3. Откройте файл 13 Air Resistance (Сопротивление воздуха) из папки Physics with Vernier.

4. Положите кофейный фильтр/бумажный конус на ладонь, расположив руку на расстоянии 0,5 м от датчика расстояния. Расстояние между фильтром и датчиком не должно быть менее 0,15 м.

5. Нажмите кнопку , чтобы начать сбор данных. Когда датчик расстояния начнёт щёлкать, отпустите кофейный фильтр/бумажный конус так, чтобы он упал прямо на пол под датчиком расстояния. Как можно быстрее уберите руку из зоны охвата луча датчика расстояния, чтобы на графике было зафиксировано только движение фильтра или конуса.

6. Если движение фильтра/конуса было слишком беспорядочным для получения сглаженного графика, повторите замер. После некоторой практики фильтр/конус начнёт падать почти отвесно с небольшими отклонениями.

7. Скорость падения фильтра/конуса можно определить по наклону графика зависимости координаты от времени. В первой части графика должен быть участок, где наклон будет возрастать, что отражает нарастающую скорость, а далее график будет иметь линейный вид. Так как этот наклон отражает скорость, линейная часть графика указывает на то, что в этот интервал времени фильтр/конус падал с постоянной или конечной скоростью . С помощью курсора мыши выберите часть графика, имеющую наиболее линейный вид. Определите наклон, нажав кнопку Linear Fit (Подбор прямой)

8. Занесите наклон в таблицу данных (скорость выражается в м/с)

9. Повторите шаги 4-8 для вложения друг в друга двух, трёх, четырёх и пяти кофейных фильтров/бумажных конусов.

Таблица данных

Кол-во фильтров	Установившаяся скорость , м/с	(Установившаяся скорость)² , м²/с²
1
2
3
4
5

ВОПРОСЫ

Ø Для облегчения выбора одной из двух моделей тормозящей силы нарисуйте график изменения конечной скорости в зависимости от количества падающих фильтров/конусов. Используйте программу Logger Pro или миллиметровку. Установите масштаб каждой оси с началом в точке (0,0). Страница 2 файла данного эксперимента уже подготовлена для этого.

Ø При конечной скорости тормозящая сила равна силе тяжести ( mg), действующей на фильтр/конус. Если тормозящая сила пропорциональна скорости, то . Или если тормозящая сила пропорциональна квадрату скорости, то . Какой вид пропорциональной зависимости на основании построенных графиков наилучшим образом согласуется с вашими данными? Или, другими словами, какой из графиков ближе к прямой линии, которая проходит через начало координат?

Ø Какая зависимость существует между временем падения и массой кофейных фильтров/бумажных конусов? Если время падения одного фильтра/конуса равно t, то каким будет время падения четырёх фильтров с учётом, что фильтры/конусы всегда падают с конечной скоростью?

Лабораторная работа № 7

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 443; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!