Practicum la fizică. Clasa X-a

Lucrare de laborator № 11

„Compararea variaţiei energiei potenţiale elastice a resortului cu variaţia energiei potenţiale gravitaţionale a corpului ridicat”

Aparate şi materiale: stativ, dinamometru şcolar, sferă cu masa de 50 g, aţă, riglă, cântar şcolar, greutăţi.

Tema: Determinaţi înălţimea ridicării sferei sub acţiunea energiei potenţiale a resortului întins, folosind legea conservării energiei mecanice. Petreceţi experimentul şi comparaţi rezultatele calculate.

Metoda îndeplinirii lucrării:

Prin interacţiunea corpurilor prin intermediul forţelor gravitaţionale şi a forţelor elastice are loc legea conservării energiei mecanice. Pentru verificarea experimentală a acestei legi se poate de folosit instalaţia din figură. În două labe ale stativului se fixează dinamometru şi rigla. La cîrligul dinamometrului se leagă o sferă cu o aţă de lungimea 0,4-0,5 m, în aşa mod ca sfera să se atingă de suprafaţa mesei. Dacă sfera de oprit la nivelul mesei, iar laba stativului cu dinamometru de ridicat la înălţimea x, atunci resortul întins capătă energia potenţială, egală cu

Ep=k ∙ x2

2 unde k – rigiditatea resortului.

După aceasta, sfera se lasă sub acţiunea forţei de elasticitate a resortului, sfera capătă viteza V.

Energia cinetică a sferei se măreşte de la 0 până la mv2

2, iar energia potenţială a resortului se

micşorează de la kx2

2 pâna la 0. Prin mişcarea în sus în câmpul forţei de greutate energia cinetică a

sferei scade de la kx2

2 pâna la 0, iar energia potenţială gravitaţională a sferei ridicate se măreşte de

la 0 la m∙g∙H (H-înălţimea ridicării). În baza legii conservării energiei mecanice se poate de scris: kx2

2=mgH (1) de unde H= kx2

2 mg (2)

luînd în vedere, că kx=F y înscriem: H=F y x

2 mg (3)

Ordinea îndeplinirii lucrării:

1. Măsuraţi cu ajutorul cântarului masa m a sferei.

2. Fixaţi dinamometru pe stativ şi de cârligul lui legaţi sfera. Observaţi deformarea iniţială x0 a resortului, corespunzătoare datelor dinamometrului

F0=mg3. Oprind sfera la nivelul mesei, ridicaţi laba stativului cu dinamometru în aşa mod, în cît dinamometru să arate forţa F0+F1, unde F1=1H , la alungirea resortului dinamometrului, egal x0+x1.4. Calculaţi înălţimea HT la care trebuie de ridicat sfera sub acţiunea forţei de elasticitate a resortului întins în cîmpul forţei de greutate:

HT=F1 x1

2 mg

5. Lăsaţi sfera şi măsuraţi cu ajutorul riglei înălţimea He , la care se rirică sfera.

6. Repetaţi experimentul ridicând dinamometrul în aşa mod, în cît alungirea lui să fie egală cu x0+x1, x0+x3 ce corespunde datelor dinamometrului F2+F3, unde F2=2N , F3=3 N .

7. Calculaţi înălţimea ridicării sferei în aceste cazuri şi faceţi măsurările corespunzătoare a înălţimii cu ajutorul riglei.

8. Rezultatele măsurărilor şi calculelor întroduceţile în tabel:

Nr. Exp.

m , kg F , N x , m HT , m He ,m

1 1

2 2

3 3

9. Pentru unul din experimente evaluaţi veridicitatea controlului legii conservării energiei. Pentru aceasta experimentul repetaţi de 10 ori. După aceasta calculaţi He.med , eroarea medie pătratică

∆ H p şi limita erorii aleatorii ∆ H сз=3∙ ∆ H p

√ N .

Se poate de socotit, că a fost petrecut un experiment autentic, dacă rezultatul calculelor după formula Fx

2mg aparţine intervalului [ H e .med ± ∆ H med ].

Întrebări de control:

1. Se poate oare în condiţiile acestui experiment de folosit legea conservării energiei?

2. Cum de explicat devierea rezultatelor calculelor teoretice şi experimentale?

3. De ce în calculele deformărea x se calculează de la deformareai x0, dar nu de la 0 a scalei

dinamometrului?

4. De ce în calculele energia potenţială a resortului întins se calculează după formula Ep=kx2

2 ,

dar nu după formula Ep=k ( x0+x )2

2 ?