Лабораторная работа № 22
экспериментальная проверка закона
сохранения и превращения энергии

цель работы: экспериментально проверить закон сохранения и превращения энергии на примере перехода механической энергии во внутреннюю энергию взаимодействующих тел. для этого: а) экспериментально определить коэффициент трения скольжения; б) на основе закона сохранения энергии рассчитать путь, который соскользнувшая с наклонной плоскости шайба пройдет по горизонтальной поверхности. сравнить расчетное значение с экспериментальным.
описание установки и метода измерений
сила трения скольжения в случае сухого трения вызывается механическим зацеплением между неровностями соприкасающихся поверхностей и сцеплением между молекулами обоих тел в областях непосредственного соприкосновения. в приближенных расчетах можно считать, что сила трения скольжения - fтр  прямо пропорциональна силе нормального давления - f, оказываемого телом на поверхность (закон амонтона 1699 г.):
(1)
где k - безразмерный коэффициент, зависящий от свойств материала тел. из треугольника рисунка видно, что при равномерном

плоскость с изменяемым углом наклона
движении шайбы составляющая силы тяжести в направлении наклонной плоскости, равна силе трения по абсолютной величине: . составляющая силы тяжести в направлении, перпендикулярном наклонной плоскости, является силой нормального давления -f = и согласно (1)
(2)
для шайбы, скатывающейся с высоты  h-b(где  b  половина толщины шайбы), и при угле наклона плоскости, равном  , запасенная потенциальная энергия расходуется на преодоление сил трения  на наклонной плоскости и на горизонтальной поверхности:
(3)
из этой формулы путь  l2, проходимый шайбой по горизонтальной поверхности, равен
(4)
где  l1  - путь, пройденный шайбой по наклонной поверхности, , - наименьший угол, при котором шайба начинает равномерно скользить по наклонной плоскости.
порядок выполнения работы
1. для измерения угла , по которому рассчитывается коэффициент трения  k, необходимо плавно увеличивать угол наклона плоскости, медленно двигая штатив 1 (рисунок) до тех пор, пока шайба не начнет равномерное скольжение. значение этого угла измеряют 10 - 12 раз с транспортира.
2. шайбу кладут на наклонную плоскость на расстоянии  l1 (0,40,5) м от начала горизонтальной поверхности. увеличивают угол наклона до значения , при котором путь  l2, проходимый шайбой по горизонтальной плоскости, был бы не менее 0,2 м. значение  l2измеряют 10 - 12 раз при одних и тех же  l1,  h  и  . высота  h  измеряется до середины центра масс шайбы с прямоугольного треугольника, один из катетов которого опирается на продолжение горизонтальной поверхности. (из-за конечной толщины шайбы нельзя выразить  l1  через  h: и, таким образом, уменьшить число необходимых измерений).
3. штангенциркулем измеряют толщину шайбы. половина этого значения равно  b. в таблицу измерений записываются: 10-12 значений угла и  l2, по одному значению  ,  h  и  l1(погрешность , h  и l1  равна цене деления транспортира, треугольника и линейки соответственно).
расчет  пути -  l2, пройденного шайбой по горизонтальной поверхности  и доверительной погрешности
по формуле (1.4) рассчитывается среднее значение l2:
(5)
где .
доверительная погрешность l2 рас  находится по формуле
(6)

( и  подставляются в (1.6) в радианах).

(7)
(8)
после расчета доверительной погрешности сравните значение , найденное по формуле (5) с усредненным экспериментальным значением по формуле (7). их совпадение в пределах доверительной погрешности подтверждает закон сохранения и превращения энергии, который формулируется так: при любых процессах, происходящих в изолированной системе, ее полная энергия не изменяется. потенциальная энергия шайбы израсходовалась на преодоление сил трения скольжения, т. е. перешла во внутреннюю энергию шайбы и плоскости скольжения, увеличив их температуру.
​

ванёк20012001    2   18.01.2020 17:48    21