Физика. Цель работы: исследовать, как зависит сила упругости пружины от удлинения пружины и измерить жесткость пружины.

Оборудование:

штатив с муфтой и лапкой;

спиральная пружина;

набор грузов, масса каждого 50 г;

линейка.

Сила тяжести грузов, подвешенных к пружине, уравновешивается силой упругости, возникающей в пружине. При изменении числа грузов, подвешенных к пружине, изменяется ее удлинение и сила упругости. По закону Гука Fупр = k│∆ℓ│, где ∆ℓ - удлинение пружины, k – жесткость пружины. По результатам нескольких опытов постройте график зависимости модуля силы упругости Fупр от модуля удлинения │∆ℓ│. При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле Fупр = k│∆ℓ│. 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 сделайте вывод о зависимости силы упругости от удлинения пружины.

Возьмите точку на прямой (в средней части графика) и определите по графику соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения и вычислите жесткость k. Она и будет искомым средним значением жесткости пружины.

Указания к работе

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины.

2. Рядом с пружиной установите и закрепите линейку.

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

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

5. К первому грузу добавьте второй, третий и четвертый грузы, записывая каждый раз удлинение │∆ℓ│пружины. По результатам измерений заполните таблицу:

№ опыта Масса груза m, кг Сила тяжести

F= m * 10, H Удлинение пружины│∆ℓ│, м Коэффициент жесткости, Н/м

6. По результатам измерений постройте график зависимости силы от удлинения пружины и , пользуясь им, определите среднее значение жесткости пружины kср

kср = F / │∆ℓ│

7. Сделайте вывод

P.S. В скриншоте легче и понятнее

Физика. Цель работы: исследовать, как зависит сила упругости пружины от удлинения пружины и измерить

Показать ответ

Ответ:

ARINA5656134

24.09.2022 05:28

1. Структура электростатического поля
В силу симметрии задачи, электростатическое поле является центрально-симметричны. т.е. $\overline E = E(r) \overline r_0$
r₀ - единичный радиус-вектор от заряда к произвольной исследуемой точке пространства.
Задача и её решение инвариантна к повороту (как картинку "ни крути" вокруг заряда, условие задачи и её решение не изменится).

2. Поле при отсутствии шара
Когда у нас есть только точечный заряд модуль напряженности электростатического поля $E(r) = k\frac{Q}{r^2}$ .

Потенциал электростатического поля связан с его напряженностью уравнением:
$\phi_1-\phi_2 = \int\limits^{2}_{1} {E} \, dl$
Интегрирование ведётся по произвольному пути между точками 1 и 2.

Отступление: если домножить уравнение на пробный заряд, то получим определение потенциальной энергии. Правый ингтеграл в этом случае будет работой, совершенной полем над пробным зарядом.

В нашем случае удобно интегрировать вдоль радиальных линий
$\phi_1-\phi_2 = \int\limits^{r_2}_{r_1} {E} \, dr$

Замечание: Потенциал определяется всегда с точностью до аддитивной постоянной, поэтому во всех задачах всегда выбирается, так называемое, условие нормировки. В разных задачах оно выбирается по разному, но в задачах данного типа принято брать потенциал бесконечно удаленной точки равным нулю $\phi_\infty = 0$

$\phi_1-\phi_\infty = \phi_1 = \int\limits^{\infty}_{r_1} {E} \, dr$

Подставим в эту формулу найденное поле:
$\phi = \int\limits^{\infty}_{R} {k \frac{Q}{r^2} } \, dr = kQ\int\limits^{\infty}_{R} { \frac{1}{r^2} } \, dr = kQ ( \lim_{r \to \infty} (- \frac{1}{r}) - (- \frac{1}{R} )) = \frac{kQ}{R}$
Получили известный результат. Выразим из этого результата заряд Q.
$Q= \frac{\phi R}{k}$

3. Поле при добавлении шара.
Для поиска величины напряженности воспользуемся теоремой Гаусса.
$\int {\int {E} } \, dS = 4\pi kq$
Поток вектора напряженности электростатического поля через любую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, находящегося внутри этой поверхности.

Выберем в качестве такой поверхности сферу радиусом r. В силу структуры поля E(r) = const.
$\int {\int {E(r)} } \, dS = E(r)\int {\int {} } \, dS =E(r)*4\pi r^2 = 4\pi kq$
$E(r) = k \frac{q}{r^2}$

Теперь рассмотрим отдельные участки:
1) Участок 0 < r < 3R
$E(r) = k \frac{Q}{r^2}$
2) Участок 3R<r<4R
E(r) = 0 - электростатического поля внутри идеальных проводников не существует. Если предположить противное, то начнётся движение зарядов и это уже не статика. :)
3) Участок r > 4R
$E(r) = k \frac{4Q}{r^2}$
4Q - суммарный заряд внутри сферы радиусом r.

Аналогично рассчитаем потенциал.
$\phi' = \int\limits^\infty_R {E(r)} \, dr = \int\limits^\infty_{4R} {k \frac{4Q}{r^2} } \, dr + \int\limits^{4R}_{3R} {0} } \, dr +\int\limits^{3R}_{R} {k \frac{Q}{r^2} } \, dr = k \frac{4Q}{4R} + k \frac{Q}{R} - k\frac{Q}{3R}$

$\phi' = k \frac{5Q}{3R}$
Подставляем в это выражение найденное ранее Q и имеем:
$\phi' = \frac{5}{3}\phi = 500$

Что стоит отметить?
1) Потенциал функция непрерывная. Если знать, что подобные симметричные структуры создают поля аналогичные точечным зарядам, то задача решается в уме.
т.е. мы ищем потенциал на внешней границе шара как потенциал точечного заряда 4Q, на внутренней границе он такой же. Ищем разность потенциалов между внутренней границей и точкой A в поле точечного заряда Q. Складываем результаты.

2) Несмотря на то, что заряд 3Q на шаре поле внутри шара не создаёт, он увеличивает потенциал точек внутри полости, т.к. создаёт дополнительное поле вне шара. Потенциал - это работа по перемещению точечного заряда из бесконечности в данную точку. Больше поле вне шара - больше работа.

3) Разность потенциалов зависит только от локального поля (поля по в окрестности пути, соединяющего две точки). Сам потенциал зависит от структуры всего поля.

0,0(0 оценок)

Ответ:

Svetka72RUS

18.01.2020 06:16

Атмосферу имеют Солнце, восемь из девяти планет (кроме Меркурия) и три из шестидесяти трех спутников. Каждая атмосфера имеет свой особый химический состав и тип поведения, называемый «погодой». Атмосферы делят на две группы: у планет земного типа плотная поверхность материков или океана определяет условия на нижней границе атмосферы, а у газовых гигантов атмосфера практически бездонная.

О планетах в отдельности:

1.У Меркурия практически нет атмосферы–лишь крайне разреженная гелиевая оболочка с плотностью земной атмосферы на высоте 200 км.Вероятно,гелий образуется при распаде радиоактивных элементов в недрах планеты.У Меркурия есть слабое магнитное поле и нет спутников.

2.Атмосфера Венеры состоит в основном из углекислого газа (CO2),а также небольшого количества азота (N2)и паров воды (H2O).В виде малых примесей обнаружены соляная кислота (HCl)и плавиковая кислота (HF).Давление у поверхности 90 бар (как в земных морях на глубине 900 м);температура около 750 К по всей поверхности и днем,и ночью.Причина столь высокой температуры у поверхности Венеры в том,что не совсем точно называют«парниковым эффектом»:солнечные лучи сравнительно легко проходят сквозь облака ее атмосферы и нагревают поверхность планеты,но тепловое инфракрасное излучение самой поверхности выходит сквозь атмосферу обратно в космос с большим трудом.

3.Разреженная атмосфера Марса состоит на 95% из углекислого газа и на 3% из азота.В малом количестве присутствуют водяной пар,кислород и аргон. Среднее давление у поверхности 6 мбар(т. е. 0,6% земного).При таком низком давлении не может быть жидкой воды.Средняя дневная температура 240 К, а максимальная летом на экваторе достигает 290 К.Суточные колебания температуры около 100 К.Таким образом,климат Марса–это климат холодной,обезвоженной высокогорной пустыни.

4. В телескоп на Юпитере видны облачные полосы,параллельные экватору;светлые зоны в них перемежаются красноватыми поясами.Вероятно,светлые зоны–это области восходящих потоков,где видны верхушки аммиачных облаков;красноватые пояса связаны с нисходящими потоками,яркий цвет которых определяют гидросульфат аммония,а также соединения красного фосфора,серы и органические полимеры.Кроме водорода и гелия в атмосфере Юпитера спектроскопически обнаружены CH4,NH3,H2O,C2H2,C2H6,HCN,CO,CO2,PH3 и GeH4.

5.В телескоп диск Сатурна выглядит не так эффектно, как Юпитер: он имеет коричневато-оранжевую окраску и слабо выраженные пояса и зоны.Причина в том, что верхние области его атмосферы заполнены рассеивающим свет аммиачным (NH3) туманом.Сатурн дальше от Солнца,поэтому температура его верхней атмосферы (90 К) на 35 К ниже, чем у Юпитера, и аммиак находится в сконденсированном состоянии.С глубиной температура атмосферы возрастает на 1,2 К/км,поэтому облачная структура напоминает юпитерианскую: под слоем облаков из гидросульфата аммония находится слой водяных облаков. Кроме водорода и гелия в атмосфере Сатурна спектроскопически обнаружены CH4, NH3, C2H2, C2H6, C3H4, C3H8 и PH3.

6.Атмосфера Урана содержит в основном водород, 12–15% гелия и немного других газов.Температура атмосферы около 50 К,хотя в верхних разреженных слоях она поднимается до 750 К днем и 100 К ночью.

7.В атмосфере Нептуна были открыты Большое Темное Пятно и сложная система вихревых потоков.

8.У Плутона сильно вытянутая и наклоненная орбита;в перигелии он приближается к Солнцу на 29,6 а.е.и удаляется в афелии на 49,3 а.е. В 1989 Плутон перигелий; с 1979 по 1999 он был ближе к Солнцу, чем Нептун. Однако из-за большого наклона орбиты Плутона его путь никогда не пересекается с Нептуном.Средняя температура поверхности Плутона 50 К,она изменяется от афелия к перигелию на 15 К, что весьма заметно при таких низких температурах.В частности,это приводит к появлению разреженной метановой атмосферы в период прохождения планетой перигелия,но ее давление в 100 000 раз меньше давления земной атмосферы.Плутон не может долго удерживать атмосферу-ведь он меньше Луны.

0,0(0 оценок)

Популярные вопросы: Физика