Исследование зависимости ускорения бруска от угла наклона направляющей

Цель этой работы: с помощью экспериментальной исследовать зависимость ускорение скольжения бруска по наклонной плоскости от угла наклона.

Для выполнения этой работы мы будем использовать оборудование из комплекта № 5 в составе: штатив с креплением для наклонной плоскости, направляющая со шкалой, деревянный брусок с пусковым магнитом, два груза, массой по 100 г каждый, электронный секундомер с датчиками, линейка и транспортир.

Прежде чем приступить к работе давайте с вами вспомним, что неравномерное движение — это такое движение, при котором тело, за любые равные промежутки времени совершает разные перемещения.

Самым простым видом неравномерного движения является прямолинейное равноускоренное движение. Так называют движение, при котором за любые равные промежутки времени скорость тела изменяется на одну и туже величину, а траекторией движения тела является прямая линия.

Для того, чтобы описать насколько быстро меняется скорость тела, в физике ввели величину, которую назвали ускорением тела. Ускорение — это физическая векторная величина, равная отношению изменения скорости к промежутку времени, в течение которого это изменение произошло:

Именно ускорение тела нам и предстоит определить в данной работе. Однако очевидно, что данная формула нам не подходит, так как в ней фигурирует скорость тела, измерить которую прямыми измерения в классе мы не можем. А анализ оборудования нам говорит о том, что для определения ускорения мы с вами должны воспользоваться формулой, для определения перемещения тела при его равноускоренном движении:

Так как мы будем изучать прямолинейное равноускоренное движение без начальной скорости при котором направление векторов перемещения и ускорения совпадают, то мы с вами можем записать, что модуль вектора перемещения прямо пропорционален квадрату промежутка времени, в течение которого это перемещение было совершено:

Отсюда, зная пройденный телом путь и время его движения, мы с вами легко можем определить модуль ускорения, с которым двигалось тело:

Теперь приступим к выполнению работы. Итак, для начала давайте соберём экспериментальную установку. Для этого на штативе закрепим наклонную плоскость. После этого, используя транспортир, установим направляющую под углом 25° к поверхности стола.

Далее установим на направляющей датчики секундомера: первый расположим в точке 0, а второй — в 40 см. При пуске бруска пусковой магнит мы установим на 0,5 см выше первого датчика. Грузы закрепим на бруске.

Далее мы сделаем рисунок нашей установки. Для этого схематически изобразим штатив с прикреплённой к нему направляющей. На направляющей расположим брусок так, как это показано на экране. Также на рисунке мы должны будем указать перемещение тела и направление вектора ускорения.

Запишем формулы, которыми будем пользоваться при выполнении данной работы. Как мы уже вспоминали, при прямолинейном равноускоренном движении без начальной скорости при котором направление векторов перемещения и ускорения совпадают, модуль вектора перемещения (путь) прямо пропорционален квадрату промежутка времени, в течение которого это перемещение было совершено:

С формулами разобрались, теперь составим таблицу. В первой колонке мы укажем номера опытов.

Во второй колонке мы запишем значения углов наклона плоскости к поверхности стола, которые нам даны в условии задания.

Результат измерения пути, пройденного бруском, с учётом абсолютной погрешности измерения мы запишем в третью колонку (путь нам дан в условии задания и его значение в ходе опытов меняться не будет):

Четвёртую колонку мы отведём для записи времени движения бруска по наклонной плоскости. А в последнюю колонку будем записывать значения ускорений.

Теперь приступим непосредственно к выполнению работы. Итак, подключаем электронные датчики к секундомеру, а брусок устанавливаем так, чтобы пусковой магнит находился на пол сантиметра выше первого датчика. Отпускаем брусок.

Значение промежутка времени, за которое брусок преодолел заданный отрезок пути, записываем в таблицу с учётом погрешности измерения:

Теперь установим направляющую под углом 35° и повторим опыт. Как и в прошлый раз, результат измерения промежутка времени заносим в таблицу:

И, наконец, устанавливаем направляющую под углом 45°:

Прямы измерения мы с вами завершили. Теперь определяем ускорение бруска для каждого из трёх случаев. Для поочерёдно подставляем в расчётную формулу значения пути и времени движения бруска. Результаты всех вычислений заносим в таблицу:

Теперь очень хорошо видно, что с увеличением угла наклона направляющей, ускорение бруска также увеличивается. Это мы и напишем в выводе.