Pekerjaan laboratorium (tugas eksperimental)

PENENTUAN KECEPATAN AWAL BADAN,

DIBUAT SECARA HORIZONTAL

Peralatan: penghapus pensil (penghapus), pita pengukur, balok kayu.

Objektif: secara eksperimental tentukan nilai kecepatan awal sebuah benda yang dilempar secara horizontal. Menilai kredibilitas hasil.

Persamaan gerak titik material dalam proyeksi ke sumbu horizontal 0 X dan sumbu vertikal 0 kamu terlihat seperti ini:

Komponen horizontal kecepatan selama pergerakan tubuh yang dilempar secara horizontal tidak berubah, oleh karena itu, jalur tubuh selama penerbangan bebas tubuh secara horizontal ditentukan sebagai berikut: https://pandia.ru/text/79/ 468/images/image004_28.gif" width="112 " height="44 src="> Dari persamaan ini, kita mencari waktu dan menggantikan ekspresi yang dihasilkan dalam rumus sebelumnya. Sekarang kita bisa mendapatkan rumus perhitungan untuk mencari awal kecepatan benda yang dilempar mendatar :

Perintah kerja

1. Siapkan lembar untuk laporan pekerjaan yang dilakukan dengan entri awal.

2. Ukur tinggi meja.

3. Letakkan penghapus di tepi meja. Klik untuk memindahkannya ke arah horizontal.

4. Tandai tempat di mana karet akan mencapai lantai. Ukur jarak dari titik di lantai di mana ujung meja diproyeksikan ke titik di mana karet gelang jatuh di lantai.

5. Ubah ketinggian terbang penghapus dengan menempatkan balok kayu (atau kotak) di bawahnya di tepi meja. Lakukan hal yang sama untuk kasus baru.

6. Lakukan minimal 10 percobaan, masukkan hasil pengukuran pada tabel, hitung kecepatan awal penghapus, dengan asumsi percepatan jatuh bebas adalah 9,81 m/s2.

Tabel hasil pengukuran dan perhitungan

pengalaman	Tinggi badan terbang	jangkauan penerbangan tubuh	Kecepatan tubuh awal	Kesalahan kecepatan mutlak
h	s	v 0	D v 0
Rata-rata

7. Hitung besar kesalahan absolut dan relatif dari kecepatan awal benda, buat kesimpulan tentang pekerjaan yang dilakukan.

pertanyaan tes

1. Sebuah batu dilempar vertikal ke atas dan paruh pertama jalan bergerak lambat secara seragam, dan paruh kedua dipercepat secara seragam. Apakah ini berarti percepatannya negatif pada paruh pertama jalan, dan positif pada paruh kedua?

2. Bagaimana modulus kecepatan benda yang dilempar secara horizontal berubah?

3. Dalam hal ini benda yang jatuh dari jendela mobil akan jatuh ke tanah lebih awal: saat mobil diam atau saat bergerak: Abaikan hambatan udara.

4. Dalam hal apa modul vektor perpindahan suatu titik material sama dengan lintasannya?

Literatur:

1.Giancoli D. Fisika: Dalam 2 jilid T. 1: Per. dari bahasa Inggris - M.: Mir, 1989, hal. 89, tugas 17.

2. , Tugas eksperimental dalam fisika. Kelas 9-11: buku teks untuk siswa lembaga pendidikan - M .: Verbum-M, 2001, hlm. 89.

Kelas 10

Lab #1

Pengertian percepatan jatuh bebas.

Peralatan: bola di atas seutas benang, tripod dengan kopling dan cincin, pita pengukur, jam.

Perintah kerja

Model bandul matematis adalah bola logam berjari-jari kecil yang digantungkan pada seutas benang panjang.

panjang bandul ditentukan oleh jarak dari titik suspensi ke pusat bola (menurut formula 1)

di mana - panjang benang dari titik suspensi ke tempat bola dipasang pada benang; adalah diameter bola. Panjang benang diukur dengan penggaris, diameter bola - kaliper.

Membiarkan benang kencang, bola dipindahkan dari posisi setimbang dengan jarak yang sangat kecil dibandingkan dengan panjang benang. Kemudian bola dilepaskan tanpa memberikan dorongan, dan pada saat yang sama stopwatch dihidupkan. Tentukan periode waktunyat , selama pendulum membuatn = 50 getaran penuh. Percobaan diulangi dengan dua bandul lainnya. Hasil percobaan yang diperoleh ( ) dimasukkan ke dalam tabel.

Nomor pengukuran

t , dengan

T, s

g, m/s

Dengan rumus (2)

hitung periode osilasi bandul, dan dari rumus

(3) hitung percepatan benda yang jatuh bebasg .

(3)

Hasil pengukuran dimasukkan ke dalam tabel.

Hitung mean aritmatika dari hasil pengukuran dan berarti kesalahan mutlak .Hasil akhir pengukuran dan perhitungan dinyatakan sebagai .

Kelas 10

Lab No.2

Mempelajari gerak benda yang dilempar mendatar

Objektif: mengukur kelajuan awal sebuah benda yang dilempar mendatar, untuk menyelidiki ketergantungan jarak terbang dari sebuah benda yang dilempar secara horizontal pada ketinggian dari mana ia mulai bergerak.

Peralatan: tripod dengan lengan dan penjepit, parasut melengkung, bola logam, selembar kertas, selembar kertas karbon, garis tegak lurus, pita pengukur.

Perintah kerja

Bola menggelinding ke bawah saluran melengkung, yang bagian bawahnya horizontal. Jarakh dari tepi bawah saluran ke meja harus 40 cm. Rahang penjepit harus terletak di dekat ujung atas saluran. Letakkan selembar kertas di bawah parasut, tekan dengan buku agar tidak bergerak selama percobaan. Tandai satu titik pada lembar ini dengan garis tegak lurus.TETAPI terletak pada vertikal yang sama dengan ujung bawah talang. Lepaskan bola tanpa mendorong. Catat (kurang-lebih) tempat di meja di mana bola akan mendarat saat menggelinding dari parasut dan melayang di udara. Tempatkan selembar kertas di tempat yang ditandai, dan di atasnya - selembar kertas karbon dengan sisi "bekerja" menghadap ke bawah. Tekan lembaran-lembaran ini dengan sebuah buku agar tidak bergerak selama percobaan. mengukur jarak dari titik yang ditandai ke titikTETAPI . Turunkan parasut sehingga jarak dari tepi bawah parasut ke meja adalah 10 cm, ulangi percobaan.

Setelah meninggalkan parabola, bola bergerak sepanjang parabola, yang puncaknya berada pada titik di mana bola meninggalkan parabola. Mari kita pilih sistem koordinat, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Tinggi bola awal dan jangkauan penerbangan berhubungan dengan rasio Menurut rumus ini, dengan penurunan ketinggian awal sebanyak 4 kali, jarak terbang berkurang 2 kali. Setelah diukur dan Anda dapat menemukan kecepatan bola pada saat pemisahan dari parasut sesuai dengan rumus

Teori

Jika sebuah benda dilemparkan dengan sudut ke cakrawala, maka dalam penerbangan itu dipengaruhi oleh gravitasi dan hambatan udara. Jika gaya resistensi diabaikan, maka satu-satunya gaya yang tersisa adalah gaya gravitasi. Oleh karena itu, karena hukum ke-2 Newton, benda bergerak dengan percepatan yang sama dengan percepatan jatuh bebas; proyeksi percepatan pada sumbu koordinat adalah sebuah x = 0, dan di= -g.

Setiap gerakan kompleks dari suatu titik material dapat direpresentasikan sebagai pengenaan gerakan independen di sepanjang sumbu koordinat, dan dalam arah sumbu yang berbeda, jenis gerakannya mungkin berbeda. Dalam kasus kami, gerakan benda terbang dapat direpresentasikan sebagai superposisi dari dua gerakan independen: gerakan seragam di sepanjang sumbu horizontal (sumbu X) dan gerakan dipercepat seragam di sepanjang sumbu vertikal (sumbu Y) (Gbr. 1) .

Oleh karena itu, proyeksi kecepatan benda berubah terhadap waktu sebagai berikut:

,

di mana adalah kecepatan awal, adalah sudut lempar.

Oleh karena itu, koordinat tubuh berubah seperti ini:

Dengan pilihan asal koordinat kita, koordinat awal (Gbr. 1) Kemudian

Nilai kedua dari waktu di mana ketinggian sama dengan nol sama dengan nol, yang sesuai dengan momen pelemparan, mis. nilai ini juga memiliki arti fisik.

Jarak terbang diperoleh dari rumus pertama (1). Jarak terbang adalah nilai koordinat X di akhir penerbangan, mis. pada suatu waktu sama dengan t0. Substitusikan nilai (2) ke dalam rumus pertama (1), kita peroleh:

.

(3)

Dari rumus ini dapat dilihat bahwa jarak terbang terbesar dicapai pada sudut lemparan 45 derajat.

Ketinggian angkat tertinggi tubuh yang dilempar dapat diperoleh dari rumus kedua (1). Untuk melakukan ini, Anda perlu mengganti dalam rumus ini nilai waktu sama dengan setengah waktu penerbangan (2), karena itu adalah pada titik tengah lintasan bahwa ketinggian penerbangan maksimum. Melakukan perhitungan, kita mendapatkan

Objektif: studi tentang ketergantungan jarak terbang suatu benda yang dilempar secara horizontal pada ketinggian dari mana ia mulai bergerak.

Peralatan: tripod dengan kopling dan kaki, parasut arkuata, bola baja, film penanda, panduan perangkat untuk mempelajari gerakan bujursangkar, pita perekat.

Landasan teoretis kerja

Jika sebuah benda dilempar mendatar dari ketinggian tertentu, maka geraknya dapat dianggap sebagai gerak horizontal dengan kelembaman dan gerak vertikal dipercepat beraturan.

Benda bergerak horizontal sesuai dengan hukum pertama Newton, karena selain gaya hambatan dari sisi udara, yang tidak diperhitungkan, tidak ada gaya yang bekerja padanya ke arah ini. Gaya hambatan udara dapat diabaikan, karena dalam waktu singkat penerbangan benda yang dilempar dari ketinggian kecil, aksi gaya ini tidak akan memiliki efek nyata pada gerakan.

Gaya gravitasi bekerja pada tubuh secara vertikal, yang memberikan percepatan padanya. g(percepatan gravitasi).

Mempertimbangkan pergerakan tubuh dalam kondisi seperti itu sebagai hasil dari dua gerakan independen secara horizontal dan vertikal, dimungkinkan untuk menetapkan ketergantungan jarak terbang tubuh pada ketinggian dari mana ia dilemparkan. Mempertimbangkan bahwa kecepatan tubuh V pada saat lemparan diarahkan mendatar, dan tidak ada komponen vertikal dari kecepatan awal, maka waktu jatuh dapat dicari dengan menggunakan persamaan dasar gerak dipercepat beraturan:

Di mana .

Selama waktu ini, tubuh berhasil terbang secara horizontal, bergerak secara seragam, jarak . Mengganti waktu penerbangan yang sudah ditemukan ke dalam rumus ini, kami memperoleh ketergantungan yang diinginkan dari rentang penerbangan pada ketinggian dan kecepatan:

Dari rumus yang dihasilkan, dapat dilihat bahwa jarak lemparan bergantung pada kuadrat dari ketinggian tempat lemparan. Misalnya, jika ketinggiannya empat kali lipat, jangkauan penerbangannya akan berlipat ganda; dengan peningkatan sembilan kali lipat tinggi, jangkauan akan meningkat dengan faktor tiga, dan seterusnya.

Kesimpulan ini dapat dikonfirmasi lebih ketat. Biarkan ketika dilempar dari ketinggian H 1 rentang akan menjadi S 1 , ketika dilempar dengan kecepatan yang sama dari ketinggian H 2 = 4H 1 rentang akan menjadi S 2 .

Menurut rumus (1):

Kemudian membagi persamaan kedua dengan yang pertama, kita mendapatkan:

atau 2)

Ketergantungan ini, diperoleh secara teoritis dari persamaan gerak seragam dan dipercepat seragam, diverifikasi secara eksperimental dalam pekerjaan.

Makalah ini menyelidiki gerakan bola yang menggelinding ke bawah parasut. Parasut dipasang pada ketinggian tertentu di atas meja. Ini memastikan arah horizontal kecepatan bola pada saat awal penerbangan bebasnya.

Dua rangkaian percobaan dilakukan, di mana ketinggian bagian horizontal selokan berbeda dengan faktor empat, dan jarak diukur S 1 dan S 2, tetapi bola dikeluarkan dari parasut secara horizontal. Untuk mengurangi pengaruh pada hasil faktor samping, nilai rata-rata jarak ditentukan S 1sr dan S 2Rabu. Membandingkan jarak rata-rata yang diperoleh dalam setiap rangkaian percobaan, mereka menyimpulkan seberapa benar persamaan (2).

Perintah kerja

1. Pasang parasut ke poros tripod sehingga bagian lengkung parasut ditempatkan secara horizontal pada ketinggian sekitar 10 cm dari permukaan meja. Tempatkan film penanda di tempat bola seharusnya jatuh di atas meja.

2. Siapkan tabel untuk mencatat hasil pengukuran dan perhitungan.

nomor pengalaman	H 1m	S 1m	S 1sr, m	H 2, m	S 2, m	S 2av, m

3. Uji lari bola dari tepi atas parasut. Tentukan di mana bola jatuh di atas meja. Bola harus mengenai bagian tengah film. Sesuaikan posisi film jika perlu.

4. Ukur tinggi bagian horizontal talang di atas meja H 1 .

5. Luncurkan bola dari tepi atas parasut dan ukur di permukaan meja jarak dari tepi bawah parasut ke tempat bola jatuh S 1 .

6. Ulangi percobaan 5-6 kali.

7. Hitung nilai rata-rata jarak S 1Rabu.

8. Tingkatkan ketinggian parasut sebanyak 4 kali. Ulangi serangkaian peluncuran bola, ukur dan hitung H 2 ,S 2 ,S 2sr

9. Periksa validitas persamaan (2)

10. Hitung kecepatan yang dilaporkan ke tubuh dalam arah horizontal?

pertanyaan tes

5. Bagaimana jarak terbang sebuah benda yang dilempar secara horizontal dari ketinggian tertentu akan berubah jika kecepatan lemparnya digandakan?

6. Berapa dan berapa kali kecepatan benda yang dilempar secara horizontal harus diubah untuk mendapatkan jarak terbang yang sama pada ketinggian setengahnya?

7. Dalam kondisi apa gerak lengkung terjadi?

8. Bagaimana gaya harus bekerja agar benda yang bergerak lurus mengubah arah geraknya?

9. Bagaimana lintasan benda yang dilempar secara horizontal?

10. Mengapa sebuah benda yang dilempar secara horizontal bergerak sepanjang lintasan yang melengkung?

12. Apa yang menentukan jangkauan tubuh yang dilempar secara horizontal?

Objektif: mengukur kecepatan awal sebuah benda yang dilemparkan secara horizontal ke dalam medan gravitasi bumi.

Peralatan, alat ukur: bola baja, nampan melengkung, tripod laboratorium, papan kayu lapis, dua lembar kertas putih, kertas karbon, penggaris pengukur

Pembenaran teoritis:

Skema pengaturan eksperimental ditunjukkan pada gambar. Sebuah bola yang mulai bergerak di bagian atas nampan arkuata terbang mendatar di titik O dengan kecepatan awal v 0, terbang sepanjang papan triplek vertikal. Parasut dipasang pada tripod sehingga titik O berada pada ketinggian h di atas papan kayu lapis horizontal tempat bola jatuh.

Untuk memperbaiki titik di mana bola jatuh, selembar kertas putih diletakkan di papan tulis, dan selembar kertas karbon ditempelkan di atasnya. Ketika sebuah bola jatuh di papan, ia meninggalkan bekas di atas kertas putih.

Pergerakan bola yang dilempar secara horizontal dari ketinggian h terjadi pada bidang vertikal XY (X adalah sumbu horizontal yang mengarah ke kanan, Y adalah sumbu vertikal yang mengarah ke bawah). Titik keberangkatan bola dipilih sebagai asal hitung mundur. (Gambar 2).

O V 0 X 0 v 0 l X

l cf Y gbr.1 gbr. 2

Menurut data yang diukur, tinggi h dan jarak terbang l, Anda dapat menemukan waktu terbang, dan kecepatan awal bola dan tuliskan persamaan lintasan y(x).

Untuk menemukan besaran-besaran ini, kita tuliskan hukum gerak bola dalam bentuk koordinat. Percepatan gravitasi g diarahkan vertikal ke bawah. Sepanjang sumbu X, gerakan akan seragam, dan sepanjang sumbu Y, dipercepat secara seragam.

Oleh karena itu, koordinat (x,y) bola pada waktu yang berubah-ubah ditentukan oleh persamaan

pada titik tumbukan y = h, maka dari persamaan (2) dapat dicari waktu terbangnya:

Koordinat x bola pada titik jatuh sama dengan jarak terbang bola l, yang diukur dalam operasi dengan penggaris. Dari persamaan (1) mudah untuk menemukan kecepatan awal bola, dengan memperhatikan persamaan (3).

Perintah kerja:

1. Merakit pengaturan eksperimental, mengatur tinggi balon menjadi sekitar 20 cm. Ukur tinggi h dengan penggaris dengan pembagian milimeter. Tentukan kesalahan pengukuran absolut h =

2. Tuliskan hasil tinggi h meas = h ± h

3. Hitung waktu terbang bola menggunakan rumus (3). Dalam hal ini, g \u003d 9,81 m / s 2.

4. Untuk mengukur jarak terbang, lakukan lima kali peluncuran bola dari titik yang sama pada nampan arkuata. Masukkan hasil pengukuran l k (k = 1, ..., 5) pada Tabel 1.

Tabel 1

7. Hitung kesalahan acak l av =

8. Hitung galat mutlak maksimum l = l cf + l pr =

9. Tuliskan hasil pengukuran jarak terbang l =

5. Hitung kecepatan awal bola menggunakan rumus (4) v 0 =

11. Hitung kesalahan relatif dari pengukuran tidak langsung dari kecepatan awal (lihat Tabel 2 dari bahan referensi).

12. Temukan kesalahan absolut dari pengukuran tidak langsung dari kecepatan awal v 0 =

13. Catat hasil akhir pengukuran kecepatan awal bola.

Tugas tambahan. Bandingkan lintasan balistik nyata bola dengan yang dihitung.

1. Untuk mendapatkan taksiran lintasan y(x) dari sebuah bola yang dilempar mendatar, nyatakan waktu t dari persamaan (1):

Substitusikan ke persamaan (2), Anda mendapatkan persamaan parabola (5)

2. Dengan menggunakan persamaan (1), (2) dan mengetahui v 0av, tentukan koordinat x dan y bola setiap 0,05 s. Plot lintasan gerak yang dihitung pada selembar kertas yang menempel pada papan kayu lapis vertikal. Untuk kenyamanan, gunakan meja. 3.

t, s		0,05	0,10	0,15	0,20
y, saya
x, m

3. Jalankan bola ke bawah parasut, bandingkan lintasan balistiknya yang sebenarnya dengan lintasan yang dihitung.

4. Buatlah kesimpulan: ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________-

Lab #4