Лабораторная работа изучение движения тела, брошенного горизонтально

О б о р у д о в а н и е: . штатив с муфтой и лапкой, желоб дугообразный, шарик стальной, пленка-отметчик (копировальная бумага), линейка с миллиметровыми деленииями, скотч.

Цель работы: исследование зависимости дальности полета тела, брошенного горизонтально, от высоты, с которой оно начало движение.

Содержание и метод выполнения работы

Если тело бросить с некоторой высоты горизонтально, то его движение можно рассматривать как равномерное движение по горизонтали и равноускоренное движение по вертикали.

По горизонтали тело движется в соответствии со вторым законом Ньютона, поскольку кроме силы сопротивления со стороны воздуха, которую не учитывают, в этом направлении на него никакие другие силы не действуют. Силой сопротивления воздуха можно пренебречь, так как за короткое время полета тела, брошенного с небольшой высоты, действие этой силы заметного влияния на движение не окажет.

По вертикали на тело действует сила тяжести, которая сообщает ему ускорение (ускорение свободного падения).

ассматривая перемещение тела в таких условиях как результат двух независимых движений по горизонтали и вертикали, можно установить зависимость дальности полета тела s от высоты H , с которой его бросают. Если учесть, что скорость тела в момент броска направлена горизонтально, и вертикальная составляющая начальной скорости отсутствует, то время падения можно найти, используя основное уравнение равноускоренного движения: За это же время тело успеет пролететь по горизонтали, двигаясь равномерно, расстояние s = vt . Подставив в эту формулу уже найденное время полета, и получают искомую зависимость дальности полета от высоты и скорости: (1).

Из полученной формулы видно, что дальность броска находится в квадратичной зависимости от высоты, с которой бросают. Например, при увеличении высоты в четыре раза, дальность полета возрастет вдвое; при увеличении высоты в девять раз, дальность возрастет в три раза и т.д.

Этот вывод можно подтвердить более строго. Пусть при броске с высоты Н 1 дальность составит s 1 , при броске с той же скоростью с высоты Н 2 = 4 Н 1 , дальность составит s 2 . По формуле (1): (3)

Поделив второе равенство на первое получим: (2).

Эту зависимость, полученную теоретическим путем из уравнений равномерного и равноускоренного движения, в работе проверяют экспериментально.

В работе исследуется движение шарика, который скатывается с желоба. Желоб закрепляют так, чтобы его изогнутая часть располагалась горизонтально на некоторой высоте над столом. Это обеспечивает горизонтальное направление скорости шарика в момент начала его свободного полета.

Проводят две серии опытов, в которых высоты горизонтального участка желоба от поверхности стола отличаются в четыре раза, и измеряют расстояния s 1 и s 2 , на которые удаляется шарик от жeлоба по горизонтали. Для уменьшения влияния на результат побочных факторов определяют среднее значение этих расстояний. Сравнивая средние расстояния, полученные в каждой серии опытов, делают вывод о том, насколько справедливо равенство (2).

Порядок выполнения работы

1. Укрепите желоб на стержне штатива так, чтобы его изогнутая часть располагалась горизонтально на высоте около 10 см от поверхности стола. В месте предполагаемого падения шарика на стол разместите пленку-отметчик (копировальную бумагу).

2. Произведите пробный пуск шарика от верхнего края желоба. Определите место падения шарика на стол. Шарик должен попасть в среднюю часть пленки. При необходимости скорректируйте положение пленки. Приклейте пленку к столу кусочком скотча.

3. С помощью линейки измерьте высоту Н горизонтальной части желоба над столом. С помощью линейки установленной вертикально, отметьте на поверхности стола точку, над которой располагается окончание горизонтальной части желоба.

4. Пустите шарик от верхнего края желоба и измерьте на поверхности стола расстояние от точки, под горизонтальным краем желоба, до отметки, оставленной на пленке шариком при падении.

5. Повторите пуск шарика 5-6 раз. Чтобы скорость, с которой шарик слетает с желоба, была одинаковой во всех опытах, его пускают из одной и той же точки от верхнего края желоба.

6. Вычислите среднее значение расстояния.

7. Увеличьте высоту желоба в четыре раза. Проверьте горизонтальность его отогнутой части. Измерьте и при необходимости скорректируйте высоту горизонтального участка Н 2 добившись выполнения условия: Н 2 = 4 Н 1 .

8. Повторите серию пусков шарика. Для каждого пуска измерьте расстояние, которое пролетает шарик по горизонтали, вычислите его среднее значение.

9. Проверьте, насколько выполняется равенство s 2 cp = 2 s 1 cp . Укажите возможную причину расхождения результатов. Сделайте вывод о зависимости дальности полета горизонтально брошенного тела от высоты броска, с которой тело начало двигаться.