Номер 1, страница 360 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Лабораторные работы. 7. Исследование свойства сохранения полной механической энергии в замкнутой системе тел - номер 1, страница 360.

Условие.

Лабораторные работы 7. Исследование свойства сохранения полной механической энергии в замкнутой системе тел

Цель работы: 1) показать, что систему тел, образованную телом, упругой пружиной с телом и Землёй, можно считать замкнутой; 2) сравнить уменьшение потенциальной энергии прикреплённого к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Средства измерения и материалы: динамометр учебный, жёсткость пружины которого равна 40 Н/м, штатив с муфтой и лапкой, фиксатор, линейка ученическая, груз из набора по механике (масса каждого груза равна 0,1 $\pm$ 0,002 кг).

Гипотеза исследования

По закону сохранения полной механической энергии при падении груза его потенциальная энергия уменьшается на $E_1 = mgh$. При этом потенциальная энергия пружины при её деформации увеличивается на $E_2 = \frac{kx^2}{2}$. В этом проявляется свойство сохранения полной механической энергии. Сравнение отношения $\frac{E_1}{E_2}$ с единицей позволит оценить погрешность измерения.

Конкретизируйте гипотезу исследования, используя цель работы, средства измерения и материалы.

Порядок выполнения работы

1. Соберите установку, как показано на рис. 277. Она представляет собой укреплённый на штативе динамометр с фиксатором 1. Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком.

Рис. 277

Решение.

Гипотеза исследования

В соответствии с целью работы, для проверки закона сохранения полной механической энергии в замкнутой системе, состоящей из тела (груза), упругой пружины и Земли, выдвигается следующая гипотеза.

Если пренебречь силой сопротивления воздуха, то систему «груз–пружина–Земля» можно считать замкнутой. В такой системе полная механическая энергия должна сохраняться. При падении груза массой $\text{m}$ с начальной нулевой скоростью на высоту $\text{h}$ его потенциальная энергия уменьшается на величину $E_1 = mgh$. Эта энергия преобразуется в потенциальную энергию упруго деформированной пружины, которая растягивается на величину $x = h$. Увеличение потенциальной энергии пружины жесткостью $\text{k}$ равно $E_2 = \frac{kx^2}{2} = \frac{kh^2}{2}$.

Таким образом, гипотеза заключается в том, что уменьшение потенциальной энергии груза при его падении должно быть равно увеличению потенциальной энергии пружины, т. е. $E_1 \approx E_2$. Равенство будет выполняться с учётом погрешностей измерений. Проверить это можно, сравнив отношение $\frac{E_1}{E_2}$ с единицей. Если закон сохранения энергии выполняется, то это отношение будет близко к 1.

Ответ: В замкнутой системе «груз–пружина–Земля» уменьшение гравитационной потенциальной энергии груза $E_1 = mgh$ при его падении на высоту $\text{h}$ равно увеличению потенциальной энергии упруго растянутой пружины $E_2 = \frac{kh^2}{2}$, что подтверждается близостью их отношения $\frac{E_1}{E_2}$ к единице в пределах погрешности измерений.