Trabalho de laboratório (tarefa experimental)

DETERMINAÇÃO DA VELOCIDADE INICIAL DO CORPO,

JOGADO HORIZONTALMENTE

Equipamento: borracha de lápis (borracha), fita métrica, blocos de madeira.

Objetivo: determine experimentalmente o valor da velocidade inicial de um corpo lançado horizontalmente. Avalie a credibilidade do resultado.

Equações de movimento de um ponto material em projeções no eixo horizontal 0 X e eixo vertical 0 y parece com isso:

A componente horizontal da velocidade durante o movimento de um corpo lançado horizontalmente não muda, portanto, a trajetória do corpo durante o voo livre do corpo horizontalmente é determinada da seguinte forma: https://pandia.ru/text/79/ 468/images/image004_28.gif" width="112 " height="44 src="> A partir desta equação, encontre o tempo e substitua a expressão resultante na fórmula anterior. Agora você pode obter a fórmula de cálculo para encontrar a velocidade inicial de um corpo lançado horizontalmente:

Ordem de serviço

1. Preparar folhas para o relatório do trabalho realizado com entradas preliminares.

2. Meça a altura da mesa.

3. Coloque a borracha na borda da mesa. Clique para movê-lo na direção horizontal.

4. Marque o ponto em que o elástico chegará ao chão. Meça a distância do ponto no chão onde a borda da mesa é projetada até o ponto onde o elástico cai no chão.

5. Altere a altura do vôo da borracha colocando um bloco de madeira (ou caixa) sob ela na borda da mesa. Faça o mesmo para o novo caso.

6. Realize pelo menos 10 experimentos, insira os resultados da medição na tabela, calcule a velocidade inicial da borracha, supondo que a aceleração de queda livre seja de 9,81 m/s2.

Tabela de resultados de medição e cálculo

experiência	Altura de voo do corpo	distância de voo do corpo	Velocidade inicial do corpo	Erro de velocidade absoluta
h	s	v 0	D v 0
Média

7. Calcule a magnitude dos erros absolutos e relativos da velocidade inicial do corpo, tire conclusões sobre o trabalho realizado.

perguntas do teste

1. Uma pedra é lançada verticalmente para cima e a primeira metade do caminho se move uniformemente lenta e a segunda metade - uniformemente acelerada. Isso significa que sua aceleração é negativa na primeira metade do caminho e positiva na segunda?

2. Como varia o módulo da velocidade de um corpo lançado horizontalmente?

3. Nesse caso, o objeto que caiu da janela do carro cairá no chão mais cedo: com o carro parado ou em movimento: Despreze a resistência do ar.

4. Em que caso o módulo do vetor deslocamento de um ponto material é igual à trajetória?

Literatura:

1.Giancol D. Física: Em 2 volumes T. 1: Per. do inglês - M.: Mir, 1989, p. 89, tarefa 17.

2. , Tarefas experimentais em física. 9ª a 11ª séries: um livro didático para alunos de instituições de ensino - M.: Verbum-M, 2001, p. 89.

10º ano

Laboratório nº 1

Definição de aceleração de queda livre.

Equipamento: uma bola em um fio, um tripé com uma embreagem e um anel, uma fita métrica, um relógio.

Ordem de serviço

O modelo de um pêndulo matemático é uma bola de metal de pequeno raio suspensa em um longo fio.

comprimento do pêndulo determinado pela distância do ponto de suspensão ao centro da bola (de acordo com a fórmula 1)

Onde - o comprimento do fio desde o ponto de suspensão até o local onde a bola está presa ao fio; é o diâmetro da bola. Comprimento de linha medido com uma régua, diâmetro da esfera - pinça.

Deixando o fio esticado, a esfera é retirada da posição de equilíbrio por uma distância muito pequena em relação ao comprimento do fio. Em seguida, a bola é lançada sem dar um empurrão e, ao mesmo tempo, o cronômetro é acionado. Determinar o período de tempot , durante o qual o pêndulo fazn = 50 oscilações completas. O experimento é repetido com outros dois pêndulos. Os resultados experimentais obtidos ( ) são inseridos na tabela.

Número de medição

t , Com

T, s

g, m/s

Pela fórmula (2)

calcule o período de oscilação do pêndulo, e da fórmula

(3) calcule a aceleração de um corpo em queda livreg .

(3)

Os resultados da medição são inseridos na tabela.

Calcular a média aritmética dos resultados da medição e erro absoluto médio . O resultado final das medições e cálculos é expresso como .

10º ano

Laboratório nº 2

Estudando o movimento de um corpo lançado horizontalmente

Objetivo: medir a velocidade inicial de um corpo lançado horizontalmente, investigar a dependência do alcance de voo de um corpo lançado horizontalmente em relação à altura a partir da qual começou a se mover.

Equipamento: tripé com manga e braçadeira, calha curva, bola de metal, uma folha de papel, uma folha de papel carbono, um fio de prumo, uma fita métrica.

Ordem de serviço

A bola rola por uma calha curva, cuja parte inferior é horizontal. Distânciah da borda inferior da calha até a mesa deve ser de 40 cm. As garras do grampo devem estar localizadas perto da extremidade superior da calha. Coloque uma folha de papel sob a calha, pressionando-a com um livro para que não se mova durante os experimentos. Marque um ponto nesta folha com um fio de prumo.MAS localizado na mesma vertical com a extremidade inferior da calha. Solte a bola sem empurrar. Observe (aproximadamente) o local na mesa onde a bola cairá enquanto ela rola para fora do chute e flutua no ar. Coloque uma folha de papel no local marcado e nela - uma folha de papel carbono com o lado "de trabalho" para baixo. Pressione essas folhas com um livro para que não se movam durante os experimentos. medir distância de ponto a ponto marcadoMAS . Abaixe a calha de modo que a distância da borda inferior da calha até a mesa seja de 10 cm, repita o experimento.

Depois de sair do chute, a bola se move ao longo de uma parábola, cujo topo está no ponto em que a bola sai do chute. Vamos escolher um sistema de coordenadas, como mostrado na figura. Altura inicial da bola e alcance de voo relacionado pela razão De acordo com esta fórmula, com uma diminuição da altura inicial em 4 vezes, o alcance do voo diminui em 2 vezes. Tendo medido e você pode encontrar a velocidade da bola no momento da separação do chute de acordo com a fórmula

Teoria

Se um corpo é lançado em um ângulo em relação ao horizonte, em voo ele é afetado pela gravidade e pela resistência do ar. Se a força de resistência for desprezada, então a única força que resta é a força da gravidade. Portanto, devido à 2ª lei de Newton, o corpo se move com uma aceleração igual à aceleração de queda livre; projeções de aceleração nos eixos coordenados são um x = 0, e em= -g.

Qualquer movimento complexo de um ponto material pode ser representado como uma imposição de movimentos independentes ao longo dos eixos coordenados e na direção de diferentes eixos, o tipo de movimento pode diferir. No nosso caso, o movimento de um corpo voador pode ser representado como uma superposição de dois movimentos independentes: movimento uniforme ao longo do eixo horizontal (eixo X) e movimento uniformemente acelerado ao longo do eixo vertical (eixo Y) (Fig. 1) .

As projeções de velocidade do corpo, portanto, mudam com o tempo da seguinte forma:

,

onde é a velocidade inicial, α é o ângulo de lançamento.

As coordenadas do corpo, portanto, mudam assim:

Com nossa escolha da origem das coordenadas, as coordenadas iniciais (Fig. 1) Então

O segundo valor do tempo em que a altura é igual a zero é igual a zero, que corresponde ao momento do arremesso, ou seja. este valor também tem um significado físico.

O alcance de voo é obtido a partir da primeira fórmula (1). O alcance do voo é o valor da coordenada X no final do voo, ou seja, em um momento igual a t0. Substituindo o valor (2) na primeira fórmula (1), obtemos:

.

(3)

A partir desta fórmula, pode-se ver que o maior alcance de vôo é alcançado em um ângulo de lançamento de 45 graus.

A maior altura de elevação do corpo arremessado pode ser obtida a partir da segunda fórmula (1). Para isso, é necessário substituir nesta fórmula o valor do tempo igual à metade do tempo de voo (2), pois é no ponto médio da trajetória que a altitude de voo é máxima. Fazendo os cálculos, obtemos

Objetivo: estudo da dependência do alcance de voo de um corpo lançado horizontalmente da altura a partir da qual começou a se mover.

Equipamento: tripé com embreagem e garra, calha arqueada, esfera de aço, marcador de filme, guia do dispositivo para estudo de movimento retilíneo, fita adesiva.

Fundamentos teoricos do trabalho

Se um corpo é lançado horizontalmente de uma certa altura, então seu movimento pode ser considerado como um movimento de inércia ao longo da horizontal e um movimento uniformemente acelerado ao longo da vertical.

O corpo se move horizontalmente de acordo com a primeira lei de Newton, pois, além da força de resistência do lado do ar, que não é levada em consideração, nenhuma força atua sobre ele nessa direção. A força de resistência do ar pode ser desprezada, pois no curto tempo de voo de um corpo lançado de uma pequena altura, a ação dessa força não terá efeito perceptível no movimento.

A força da gravidade atua sobre o corpo verticalmente, o que lhe confere aceleração. g(aceleração da gravidade).

Considerando o movimento do corpo em tais condições como resultado de dois movimentos independentes na horizontal e na vertical, é possível estabelecer a dependência do alcance de voo do corpo com a altura de onde ele é arremessado. Considerando que a velocidade do corpo V no momento do arremesso é direcionado horizontalmente, e não há componente vertical da velocidade inicial, então o tempo de queda pode ser encontrado usando a equação básica do movimento uniformemente acelerado:

Onde .

Durante este tempo, o corpo consegue voar horizontalmente, movendo-se uniformemente, a distância. Substituindo o tempo de voo já encontrado nesta fórmula, obtemos a dependência desejada do alcance de voo em altitude e velocidade:

A partir da fórmula resultante, pode-se ver que a distância do arremesso está em dependência quadrática da altura a partir da qual o arremesso é. Por exemplo, se a altitude for quadruplicada, o alcance do voo dobrará; com um aumento de nove vezes na altura, o alcance aumentará por um fator de três, e assim por diante.

Esta conclusão pode ser confirmada de forma mais rigorosa. Deixe quando jogado de uma altura H 1 intervalo será S 1 , quando lançado com a mesma velocidade de uma altura H 2 = 4H 1 intervalo será S 2 .

De acordo com a fórmula (1):

Então dividindo a segunda equação pela primeira, temos:

ou 2)

Essa dependência, obtida teoricamente a partir das equações do movimento uniforme e uniformemente acelerado, é verificada experimentalmente no trabalho.

O jornal investiga o movimento de uma bola que rola por uma calha. A calha é fixada a uma certa altura acima da mesa. Isso garante a direção horizontal da velocidade da bola no momento do início de seu vôo livre.

Duas séries de experimentos são realizadas, nas quais as alturas da seção horizontal da calha diferem por um fator de quatro, e as distâncias são medidas S 1 e S 2, mas que a bola é retirada horizontalmente da calha. Para reduzir a influência no resultado de fatores laterais, o valor médio das distâncias é determinado S 1º e S 2Qua. Comparando as distâncias médias obtidas em cada série de experimentos, eles concluem quão verdadeira é a igualdade (2).

Ordem de serviço

1. Prenda a calha na haste do tripé de forma que sua parte curva fique posicionada horizontalmente a cerca de 10 cm da superfície da mesa. Coloque um filme marcador no local onde a bola deve cair sobre a mesa.

2. Prepare uma tabela para registrar os resultados das medições e cálculos.

número de experiência	H 1m	S 1m	S 1º, m	H 2, m	S 2, m	S 2av, m

3. Teste a bola na borda superior do chute. Determine onde a bola cai na mesa. A bola deve atingir a parte central do filme. Ajuste a posição do filme, se necessário.

4. Meça a altura da parte horizontal da calha acima da mesa H 1 .

5. Lance a bola da borda superior da calha e meça na superfície da mesa a distância da borda inferior da calha até o local onde a bola caiu S 1 .

6. Repita o experimento 5-6 vezes.

7. Calcule o valor médio da distância S 1Qua.

8. Aumente a altura da calha em 4 vezes. Repita uma série de lançamentos de bolas, meça e calcule H 2 ,S 2 ,S 2sr

9. Verifique a validade da igualdade (2)

10. Calcule a velocidade informada ao corpo na direção horizontal?

perguntas do teste

5. Como o alcance de vôo de um corpo lançado horizontalmente de uma certa altura mudará se a velocidade de lançamento for dobrada?

6. Como e quantas vezes a velocidade de um corpo lançado horizontalmente deve ser alterada para obter o mesmo alcance de vôo a uma altura que é metade disso?

7. Em que condições ocorre o movimento curvilíneo?

8. Como deve agir uma força para que um corpo movendo-se em linha reta mude sua direção de movimento?

9. Qual é a trajetória de um corpo lançado horizontalmente?

10. Por que um corpo lançado horizontalmente se move ao longo de uma trajetória curva?

12. O que determina o alcance de um corpo lançado horizontalmente?

Objetivo: medir a velocidade inicial de um corpo lançado horizontalmente no campo de gravidade da Terra.

Equipamentos, instrumentos de medição: bola de aço, bandeja arqueada, tripé de laboratório, placa de compensado, duas folhas de papel branco, papel carbono, régua de medição

Justificativa teórica:

O esquema da configuração experimental é mostrado na figura. A bola que começa a se mover na parte superior da bandeja arqueada sai horizontalmente no ponto O com velocidade inicial v 0, voando ao longo de uma placa de compensado vertical. A calha é fixada em um tripé de modo que o ponto O esteja a uma altura h acima da placa horizontal de compensado sobre a qual a bola cai.

Para fixar o ponto onde a bola cai, uma folha de papel branco é colocada no tabuleiro e uma folha de papel carbono é anexada em cima. Quando uma bola cai no tabuleiro, deixa uma marca no papel branco.

O movimento de uma bola lançada horizontalmente de uma altura h ocorre no plano vertical XY (X é o eixo horizontal direcionado para a direita, Y é o eixo vertical direcionado para baixo). O ponto de partida da bola é escolhido como a origem da contagem regressiva. (Figura 2).

O V 0 X 0 v 0 l X

l cf Y fig.1 fig. 2

Com base nos dados medidos, altura h e alcance de voo l, você pode encontrar o tempo de voo e a velocidade inicial da bola e escrever a equação para a trajetória do movimento y(x).

Para encontrar essas quantidades, escrevemos a lei do movimento da bola na forma de coordenadas. A aceleração gravitacional g é direcionada verticalmente para baixo. Ao longo do eixo X, o movimento será uniforme e ao longo do eixo Y, uniformemente acelerado.

Portanto, as coordenadas (x,y) da bola em um momento arbitrário de tempo são determinadas pelas equações

no ponto de impacto y = h, então da equação (2) você pode encontrar o tempo de seu vôo:

A coordenada x da bola no ponto de queda é igual à distância de voo da bola l, que é medida em operação com uma régua. A partir da equação (1) é fácil encontrar a velocidade inicial da bola, levando em consideração a expressão (3).

Ordem de trabalho:

1. Monte a montagem experimental, ajuste a altura da bola para cerca de 20 cm, meça a altura h com uma régua com divisões milimétricas. Determine o erro de medição absoluto Δh =

2. Anote o resultado da altura h meas = h ± Δh

3. Calcule o tempo de voo da bola usando a fórmula (3). Nesse caso, g \u003d 9,81 m / s 2.

4. Para medir a distância de vôo, realize cinco lançamentos da bola do mesmo ponto da bandeja arqueada. Insira os resultados da medição l k (k = 1, ..., 5) na Tabela 1.

tabela 1

7. Calcule o erro aleatório Δl av =

8. Calcule o erro absoluto máximo Δl = Δl cf + Δl pr =

9. Anote o resultado da medição do alcance de voo l =

5. Calcule a velocidade inicial da bola usando a fórmula (4) v 0 =

11. Calcule o erro relativo da medição indireta da velocidade inicial (ver Tabela 2 do material de referência).

12. Encontre o erro absoluto da medição indireta da velocidade inicial Δv 0 =

13. Registre o resultado final da medição da velocidade inicial da bola.

Tarefa adicional. Compare a trajetória balística real da bola com a calculada.

1. Para obter a trajetória estimada y(x) de uma bola lançada horizontalmente, expresse o tempo t da equação (1):

Substituindo na equação (2), você obtém a equação da parábola (5)

2. Usando as equações (1), (2) e conhecendo v 0av, encontre as coordenadas xey da bola a cada 0,05 s. Trace a trajetória de movimento calculada em um pedaço de papel preso a uma placa de compensado vertical. Por conveniência, use a tabela. 3.

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

3. Passe a bola pelo chute, compare sua trajetória balística real com a trajetória calculada.

4. Tire uma conclusão: _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________-

Laboratório nº 4