Закон сохранения механической энергии. Лаба №3. Закон сохранения механической энергии Цель работы Знакомство с применением физических моделей консервативная и диссипативная механическая система

• Название: Закон сохранения механической энергии Цель работы Знакомство с применением физических моделей консервативная и диссипативная механическая система
• Анкор: Закон сохранения механической энергии
• Дата: 10.04.2022
• Размер: 166.5 Kb.
• Имя файла: Лаба №3.docx
• Тип: Закон; #460570

Закон сохранения механической энергии

Цель работы:

• 
  Знакомство с применением физических моделей – консервативная и диссипативная механическая система.
  
• 
  Экспериментальная проверка закона сохранения механической энергии в консервативных и диссипативных системах.
  

Краткая теория:

Работу постоянной силы на перемещение её точки приложения измеряют произведением

,

где α – угол между направлением силы и перемещения. Если на тело действует несколько сил, каждая из которых совершает над ним работу, то вся произведённая работа равна алгебраической сумме работ отдельных сил:



Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия материи. Часть энергии тела, соответствующую механическим формам движения материи, называют механической энергией. Её принято делить на кинетическую и потенциальную.

В случае движения материальной точки или поступательного движения твёрдого тела кинетическая энергия равна



Потенциальная энергия Wп – часть механической энергии, обусловленная взаимным расположением тел или частей тела и их взаимодействием друг с другом.

Полная механическая энергия системы тел равна арифметической сумме кинетических и потенциальных энергий всех тел, входящих в данную систему:



Консервативными называются силы, работа которых при перемещении тела из одного состояния в другое не зависит от того, по какой траектории произошло это перемещение.

Если работа по перемещению тела зависит от траектории перемещения из одной точки в другую, то такая сила называется диссипативной.

Теорема о кинетической энергии: изменение кинетической энергии равно работе всех сил, действующих на это тело.

Теорема о потенциальной энергии: работа консервативных сил равна изменению потенциальной энергии системы, взятому с противоположным знаком.

.

Закон сохранения механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется:



Если на тело в процессе его перехода из одного состояния в другое кроме консервативных сил (сил тяготения и упругости) действуют другие силы, то изменение полной механической энергии равно работе этих сил:


Выполнение работы:



Рисунок 1 – компьютерная модель
Таблица 1 – исходные параметры опыта

m=2,0 кг; µ=0,10; α=20 °; Fвн=-4 H; a=0,4 м/с2
t	v	S	Wк	Wп	Aтр	Авн	Асум	∆Wполн
16,5 с	6,6 м/с	54,45 м	43,56 Дж	365,38 Дж	-100,389 Дж	-217,8 Дж	-318,189 Дж	-321,82 Дж

Вычислим по формулам:

1. 
   Скорость тела в конце наклонной плоскости:
   
2. 
   Длина наклонной плоскости:
   
3. 
   Кинетическая энергия тела в конце наклонной плоскости:
   

4. 
   Потенциальная энергия тела в верхней точке наклонной плоскости:
   

5. 
   Работы силы трения на участке спуска:
   

6. 
   Работа внешней силы на участке спуска:
   

7. 
   Суммарная работа диссипативных сил:
   

8. 
   Изменение полной энергии тела:
   

Проверим выполнение закона сохранения механической энергии и рассчитаем погрешность:





Вывод:

В ходе лабораторной работы мы изучили физическую модель, рассматриваемую в консервативной и диссипативной системах. Экспериментально проверили и косвенно доказали закон сохранения механической энергии – он выполняется, так как система замкнутая. Также мы выяснили, что полная механическая энергия системы изменяется под действием внешних и неконсервативных сил, а суммарная работа диссипативных сил равна изменению полной энергии тела - при наших исходных данных она равняется -312,82 Дж.

Относительная погрешность косвенных измерений равна 1,14%.