Измерение средней скорости движения бруска по наклонной плоскости

Цель этой работы: с помощью экспериментальной установки определить среднюю скорость скольжения бруска по наклонной плоскости.

Для выполнения этой работы мы будем использовать оборудование из комплекта № 5 в составе: штатив с креплением для наклонной плоскости, направляющая со шкалой, деревянный брусок с пусковым магнитом, электронный секундомер с датчиками, три груза, массой по сто граммов каждый, линейка и транспортир.

Прежде чем приступить к работе давайте с вами вспомним, что механические явления являются одними из самых распространённых физических явлений в мире. И чаще всего в повседневной жизни мы сталкиваемся с таким явлением, как неравномерное движение.

Напомним, что неравномерное движение — это такое движение, при котором тело, за любые равные промежутки времени совершает разные перемещения.

Для описания быстроты изменения положения тела с течением времени при неравномерном движении, вводится понятие средней скорости. Она показывает, какое перемещение в среднем совершало тело за единицу времени:

Но пользоваться этой формулой для определения модуля средней скорости можно лишь в том случае, если тело движется вдоль прямой в одну сторону. Во всех остальных случаях эта формула не работает.

Поэтому на практике пользуются понятием средней путевой скорости, с которым вы знакомы ещё с седьмого класса. Напомним, что средняя путевая скорость определяется отношением пути к промежутку времени, за который этот путь пройден:

Именно среднюю скорость движения тела нам и предстоит определить в данной работе. Ну что ж, приступим.

Для начала давайте соберём экспериментальную установку. Для этого на штативе закрепим наклонную плоскость. После этого, используя транспортир, установим направляющую под углом 30° к поверхности стола.

Далее установим на направляющей датчики секундомера: первый расположим в точке 0, а второй — в точке 40 см. При пуске бруска пусковой магнит мы установим на 0,5 см выше первого датчика. Грузы закрепим на бруске.

Далее мы сделаем рисунок нашей установки. Для этого схематически изобразим штатив с прикреплённой к нему направляющей. На направляющей расположим брусок так, как это показано на экране. Также на рисунке мы должны будем указать перемещение тела и направление вектора ускорения. Не лишним будет показать и угол, под которым установлена направляющая.

Запишем формулы, которыми будем пользоваться при выполнении данной работы. Она у нас одна: средняя скорость равна отношению пути к промежутку времени, за который этот путь пройден:

С формулой разобрались, теперь запишем результат измерения пути, пройденного бруском, с учётом абсолютной погрешности измерения (путь нам дан в условии задания):

Теперь приступим непосредственно к выполнению работы. Итак, подключаем электронные датчики к секундомеру, а брусок устанавливаем так, чтобы пусковой магнит находился на пол сантиметра выше первого датчика. Отпускаем брусок.

Значение промежутка времени, за которое брусок преодолел заданный отрезок пути, записываем в бланке ответов с учётом погрешности измерения:

Опыт повторяем ещё два раза, каждый раз записывая результаты измерений.

Прямы измерения мы с вами завершили. Теперь давайте определим среднее значение промежутка времени. Для этого мы должны сложить результаты наших экспериментов, а сумму разделить на количество экспериментов (в нашем случае на 3):

Найденное среднее значение времени мы должны записать также с учётом погрешности измерения:

И, наконец, мы определяем среднюю скорость скольжения бруска. Для чего в расчётную формулу подставляем значения пути и среднего времени движения бруска на этом отрезке пути:

Тогда в выводе можно написать: средняя скорость движения бруска по наклонной плоскости составляет 0,27 м/с.