Практическая работа "Анализ движения связанной системы тел по наклонной плоскости"

Практическая работа №8

Раздел 1 Механика

Тема 1.5 Силы в природе

Название практической работы: Анализ движения связанной системы тел на наклонной плоскости

Учебная цель: исследовать движение (связанных нитью) тел по наклонной плоскости.

Учебные задачи: при каких значениях коэффициента трения скольжения система связанных тел будет двигаться вправо, влево или будет неподвижна.

 рассмотреть минимальное и максимальное значения коэффициента трения для обеих плоскостей

 изобразить действующие силы на левое и правое тела

 выяснить, что результирующей двух сил (F_п и F_N ) является сила веса F_в

 рассчитать силы F_п F_N F_в

 рассчитать силу трения для F_тр максимального и минимального значений коэффициента трения

 рассчитать силу тяги системы

 рассчитать силу сопротивления движению

 установить в какую сторону движется система

Правила безопасности: правила проведения в кабинете во время выполнения практического занятия

Норма времени: 2 часа

Образовательные результаты:

Студент должен

уметь: пользоваться транспортиром, таблицами, графически изображать силы, действующие на тело, определять результирующие силы

знать: что такое коэффициент трения, сила сопротивления. Что такое сила тяги, сила сопротивления, сила веса, реакция опоры, закон Пифагора, расчётные формулы и единицы измерения.

Обеспеченность занятия

- методические указания по выполнению практического занятия

- рабочая тетрадь, тетрадь конспект, транспортир, линейка, карандаш, ластик, таблица коэффициентов трения, таблица Брадиса.

Порядок проведения занятия

Для выполнения практической работы учебная группа распределяется по индивидуальным вариантам.
Теоретическое обоснование 

Рассмотрим значение коэффициента. Для нашего исследования выбираем минимальное и максимальное значения коэффициента трения

_min = 0,002 _max = 0,998 ( = 12) для обеих плоскостей.

Изобразим силы, действующие на тело в левой части. Условно направим силу веса из центра тела. Её можно разложить на две составляющие. Одна F_п, параллельна, а другая F_N - перпендикулярна наклонной плоскости. Сила веса является результирующей этих двух сил – параллельной и нормальной. Сила F_п направлена из той же точки вдоль наклонной плоскости. Сила F_N перпендикулярна наклонной плоскости. Сила веса F_В равна сумме сил F_п и F_N. F_В = F_п + F_N. Или по закону Пифагора

F²_В = F²_п + F²_N. Обозначенные углы, равны, так как стороны этих углов взаимно перпендикулярны сторонам угла наклонной плоскости.

Отношение = Sin. Рассчитаем силы F_п и F_в из этого соотношения, если угол наклона = 45˚ по таблице Брадиса значение этого угла 0,707;

F_п = Sin45˚ F_В

F_в= mg, если масса тела 1 кг, а ускорение свободного падения g = 9,81м/с² или примерно 10 м/с², то F_п = 7 н, аналогично определяем F_N = F_вCos 45˚;

Cos 45˚= Sin45˚ 0,7; F_N = 7 н.

Сила трения определяется F_тр=; F_N или F_тр = N; N – реакция опоры.

F_{тр min} = 7н  0,002 =0,014н (сталь по льду)

F_{тр max} = 7н 0,998 = 6,986 н

Если система движется влево, то возможная сила тяги может быть:

F_{тяги max} = F_п - F_{тр min}; F_{тяги max} = 7н - 0,014 = 6,986н

Если система движется вправо, то сила сопротивления движению должна быть равна силе натяжения нити

F_{с max} = F_{н max} = F_п + F_{тр max =} 7н + 6,986н = 13,986н

Вопросы для закрепления теоретического материала к практическому занятию:

1.Какие силы действуют на тело на наклонной плоскости? Как они направлены?

2. Что такое сила реакции опоры? Формула, единица измерения, как направлена?

3. Как направлена сила веса, формула, размерность.

4.Что такое сила трения, формула, единица измерения

5.Что такое коэффициент трения. Как его определить?

6. Что такое сила сопротивления движению тела на наклонной плоскости, как рассчитывается?

3. Что такое параллельная сила. Как направлена, как рассчитывается?

Содержание и Последовательность выполнения практической работы:

Задачи практической работы:

Рис. 1

Пример выполнения и оформления

На рисунке 1 показано движение связанной системы тел массами m₁ m₂ по наклонной плоскости

1. Рассмотрим правую часть (аналогично левой). Угол наклона плоскости =30˚, масса тела m₂ = 2 кг, F_в =20н, F_п = F_в Sin, Sin30˚ = 0,5

F_п = 20 н 0,5=10 н, F_N = F_вCos 30˚; Cos 30˚ = 0,86, F_N = 20 н  0,86 = 17,2 2. Проверим, может ли система двигаться влево

F_{с min} = F_{н min} = F_п + F_{тр min} = 10 н + 17, 2 н  0,002

F_{н min} = 10 н + 0,034 = 10,034 н

Сила тяги F_{тяги max} = 6,986 н

Сила тяги F_{тяги min} = F_п - F_{тр min}

F_тяги = 10 н – 17,2 н 0,002 = 10 – 0,034 =9,966н

Вывод второй: система влево не может двигаться, так как F_тяги  F_с

Вывод третий: система движется только вправо

Список литературы: 

1. Дмитриева В.Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля. – М.: ИД Академия, 2018

2. Енохович А. С. Справочник по физике М. Просвещение 2015

3. Ильина Т. В. Методическое руководство по выполнению лабораторно-практических работ по физике ФОС ГАПОУ ПК «Энергия», 2018

Практическая работа

Скольжение тел

На рисунке 1 изображены: динамометр, показывающий силу тяги при равномерном перемещении чугунного бруска с гирей по горизонтальной поверхности из кожи. В аксонометрической проекции показан чугунный брусок, линейные размеры даны в мм. Все измерения делать с учётом абсолютной и относительной погрешности.

Задание

1. Запишите название вещества из которого сделан брусок, используя справочник, укажите плотность бруска и кожи.

2. Запишите линейные размеры бруска, выразив их в сантиметрах и метрах (по стандарту линейные размеры тел на чертежах дают в миллиметрах).

3. Вычислите площадь основания бруска (см ², м ²).

4. Вычислите объём бруска (см³, м³).

5. Вычислите массу бруска (кг).

6. Каковы сила веса и реакция опоры этого бруска с гирей?

7. Определите силу трения бруска при равномерном перемещении по горизонтальной кожаной поверхности.

8. Какую силу нужно приложить к бруску с гирей при равномерном перемещении по горизонтальной кожаной поверхности, с учётом силы трения?

9. Изобразить графически все силы, действующие на брусок с гирей.

10. Какое давление оказывают брусок с гирей на горизонтальную опору?

11. Определите механическую работу силы тяги бруска с гирей при равномерном перемещении по горизонтальной кожаной поверхности.

12. Какую мощность они развивают при движении?

13. Рассчитайте кинетическую энергию бруска с гирей.

14. Определите импульс бруска с гирей.

15. Какая сила потребуется, чтобы удерживать в равновесии брусок с гирей на весу при полном погружении их в морскую воду (плотность морской воды определите по таблице).

16. Куда должна быть направлена эта сила? Как она называется?

17. Изобразить графически все силы, действующие на брусок с гирей при полном погружении в морскую воду.

18. Какое количество теплоты отдаст чугунный брусок при охлаждении от -5 до -25 С?

19. Какое количество теплоты получит чугунный брусок при нагревании от -25 С до температуры плавления (необходимые данные взять из справочника)?

20. Начертить график.

Варианты заданий