Лабораторная работа по теме: «Определение жесткости пружины»

Лабораторная работа №4

Тема: «Определение жесткости пружины»

Цель работы: научиться определять жесткость пружины опытным путем.

Необходимо знать: определение деформации тела, силы упругости, силы тяжести, закон Гука.

Необходимо уметь: работать с приборами, строить графики, делать выводы на основе экспериментальных данных.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, пружина,набор грузов с массами каждого 100 г, 150г, 200г, линейка.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Под деформацией понимают изменение объема или формы тела под действием внешних сил. При изменении расстояния между частицами вещества (атомами, молекулами, ионами) изменяются силы взаимодействия между ними. При увеличении расстояния растут силы притяжения, а при уменьшении – силы отталкивания, которые стремятся вернуть тело в исходное состояния. Поэтому силы упругости имеют электромагнитную природу. Сила упругости всегда направлена к положению равновесия и стремится вернуть тело в исходное состояние.

Закон Гука: Сила упругости, возникающая при деформации тела, прямо пропорциональна его удлинению (сжатию) и направлена противоположно перемещению частиц тела при деформации, F_упр = кΔх, где k – коэффициентжесткости [k] = Н/м, Δх = ΔL – модуль удлинения тела. Коэффициент жесткости зависит от формы и размеров тела,а также от материала.

В каждом из опытов жесткость определяется при разных значениях силы упругости и удлинения, т.е. условия опыта меняются. Поэтому для нахождения среднего значения жесткости нельзя вычислить среднее арифметическое результатов измерений. Воспользуемся графическим способом нахождения среднего значения, который может быть применен в таких случаях. По результатам нескольких опытов построим график зависимости модуля силы упруго­сти от модуля удлинения х. При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле . Это свя­зано с погрешностями измерения: В этом случае график надо проводить так, чтобы примерно одинаковое число точек, оказалось, по разные стороны от прямой. После построения графика возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость k. Она и будет искомым средним значением жесткости пружины . В данной работе .

ХОД РАБОТЫ

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины.

2. Рядом с пружиной или за ней установите и закрепите линейку с миллиметровыми делениями.

3. Отметьте и запишите то деление линейки, против которого приходится стрелка-указатель пружины.

4. Подвесьте к пружине груз известной массы и измерьте вызванное им удлинение пружины.

5. Повторите опыт с другими грузами, записывая каждый раз удлинение х пружины. По результатам измерений заполните таблицу:

1. По результатам измеренийпостройте график зависимости силы упругости от удлинения и, пользуясь им, определите среднее значение жесткости пружины .

Начертите оси координат F и x, выберите удобный масштаб и нанесите полученные экспериментальные точки.

1. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с которой найдено значение k_ср(из первого опыта).

Относительная погрешность равна отношению абсолютной погрешности Δk к величины k :

, откудаΔk= .

В данной работе относительная погрешность измерения будет равна:

.

Средства измерения:

1)масса первого груза m= 0,100 кг, а погрешность Δm=0,002 кг;

2) линейка с миллиметровыми делениями x=30 см с погрешностью Δx=1 мм;

3) Так как значение ускорения свободного падения g≈10 м/с², то g=0,02 м/с².

НайдитеΔk и запишите ответ в виде: .

Сделайте вывод о проделанной работе.

Контрольные вопросы:

1. Какую деформацию называют упругой?

2. От чего зависит коэффициент жесткости?

3. Что представляет собой график зависимости силы упругости и удлинения пружины?

4. В каких пределах справедлив закон Гука?

5. Для любого ли количества грузов будет выполняться прямая пропорциональная зависимость между силой упругости и удлинением? (Ответ обоснуйте).

6. Пружина динамометра под действием силы 4Н удлинилась на 5 мм. Определите вес груза, под действием которого эта пружина удлиниться на 16 мм.

Литература:

1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448с.

2. Мякишев Г. Я. Физика: Учебник для 10 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005. – 366с.