ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНАСОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИЦель работы: экспериментально проверить
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА
СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Цель работы: экспериментально проверить закон сохранения и превращения энергии на примере перехода механической энергии во внутреннюю энергию взаимодействующих тел. Для этого: а) экспериментально определить коэффициент трения скольжения; б) на основе закона сохранения энергии рассчитать путь, который соскользнувшая с наклонной плоскости шайба пройдет по горизонтальной поверхности. Сравнить расчетное значение с экспериментальным.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Сила трения скольжения в случае сухого трения вызывается механическим зацеплением между неровностями соприкасающихся поверхностей и сцеплением между молекулами обоих тел в областях непосредственного соприкосновения. В приближенных расчетах можно считать, что сила трения скольжения - Fтр прямо пропорциональна силе нормального давления - f, оказываемого телом на поверхность (закон Амонтона 1699 г.):
(1)
где k - безразмерный коэффициент, зависящий от свойств материала тел. Из треугольника рисунка видно, что при равномерном

Плоскость с изменяемым углом наклона
движении шайбы составляющая силы тяжести в направлении наклонной плоскости, равна силе трения по абсолютной величине: . Составляющая силы тяжести в направлении, перпендикулярном наклонной плоскости, является силой нормального давления -f = и согласно (1)
(2)
Для шайбы, скатывающейся с высоты h-b(где b половина толщины шайбы), и при угле наклона плоскости, равном , запасенная потенциальная энергия расходуется на преодоление сил трения на наклонной плоскости и на горизонтальной поверхности:
(3)
Из этой формулы путь l2, проходимый шайбой по горизонтальной поверхности, равен
(4)
где l1 - путь, пройденный шайбой по наклонной поверхности, , - наименьший угол, при котором шайба начинает равномерно скользить по наклонной плоскости.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Для измерения угла , по которому рассчитывается коэффициент трения k, необходимо плавно увеличивать угол наклона плоскости, медленно двигая штатив 1 (рисунок) до тех пор, пока шайба не начнет равномерное скольжение. Значение этого угла измеряют 10 - 12 раз с помощью транспортира.
2. Шайбу кладут на наклонную плоскость на расстоянии l1 (0,40,5) м от начала горизонтальной поверхности. Увеличивают угол наклона до значения , при котором путь l2, проходимый шайбой по горизонтальной плоскости, был бы не менее 0,2 м. Значение l2измеряют 10 - 12 раз при одних и тех же l1, h и . Высота h измеряется до середины центра масс шайбы с помощью прямоугольного треугольника, один из катетов которого опирается на продолжение горизонтальной поверхности. (Из-за конечной толщины шайбы нельзя выразить l1 через h: и, таким образом, уменьшить число необходимых измерений).
3. Штангенциркулем измеряют толщину шайбы. Половина этого значения равно b. В таблицу измерений записываются: 10-12 значений угла и l2, по одному значению , h и l1(погрешность , h и l1 равна цене деления транспортира, треугольника и линейки соответственно).
Расчет пути - l2, пройденного шайбой по горизонтальной поверхности и доверительной погрешности
По формуле (1.4) рассчитывается среднее значение l2:
(5)
где .
Доверительная погрешность l2 рас находится по формуле
(6)
( и подставляются в (1.6) в радианах).
(7)
(8)
После расчета доверительной погрешности сравните значение , найденное по формуле (5) с усредненным экспериментальным значением по формуле (7). Их совпадение в пределах доверительной погрешности подтверждает закон сохранения и превращения энергии, который формулируется так: при любых процессах, происходящих в изолированной системе, ее полная энергия не изменяется. Потенциальная энергия шайбы израсходовалась на преодоление сил трения скольжения, т. е. перешла во внутреннюю энергию шайбы и плоскости скольжения, увеличив их температуру.
