Измерение жесткости пружины

Цель

Найти жесткость пружины из измерений удлинения пружины при различных значениях силы тяжести Fт = mg, уравновешивающей силу упругости Fупр, на основе закона Гука: К = F_упр/Δ|Х|

Оборудование

Набор грузов, масса каждого равна то = 0,100 кг, а погрешность Длю = = 0,002 кг; линейка с миллиметровыми делениями; штатив с муфтами и лапкой; спиральная пружина.

Теоретическое обоснование:

В каждом из опытов жесткость определяется при разных значениях силы упругости и удлинения, т. е. условия опыта меняются. Поэтому для нахождения среднего значения жесткости нельзя вычислить среднее арифметическое результатов измерений. По результатам нескольких опытов построим график зависимости модуля силы упругости Fупр от модуля удлинения |х|. При построении графика по результатам опыта экспериментальные точки могут не оказаться на прямой, которая соответствует формуле Fупр = kּ|x|. 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 возьмите точку на прямой (в средней части графика), определите по нему соответствующие этой точке значения силы упругости и удлинения, и вычислите жесткость k. Она и будет искомым средним значением жесткости пружины kср.

Результат измерения обычно записывается в виде выражения k = kср ± Δk, где Δk — наибольшая абсолютная погрешность измерения. Из курса алгебры известно, что относительная погрешность (Ek) равна отношению абсолютной погрешности к Δk значению величины k: Ek = Δk/k, откуда Δk = Ek ּ k. Существует правило для расчета относительной погрешности: если определяемая в опыте величина находится в результате умножения и деления приближенных величин, входящих в расчетную формулу, то относительные погрешности складываются.

В данной работе k = mg/ΔХ, Поэтому Ek = Еm + Eg + Ex…

Ход работы:

1. Закрепите на штативе конец спиральной пружины (другой конец пружины снабжен стрелкой - указателем и крючком).

2. Рядом с пружиной или за ней установите и закрепите линейку с миллиметровыми делениями.

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

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

5. К первому грузу добавьте второй, третий и т. д. грузы, записывая каждый раз удлинение |х| пружины. По результатам измерений заполните таблицу:

Номер опыта	m, кг	mg, H	Δ|х|, м	К, Н/м

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

7. Рассчитайте наибольшую относительную погрешность, с которой найдено значение kср (из опыта с одним грузом). В формуле Ek = Еm + Eg + Ex…

Em = Δm/m = 0,002кг/0,100кг = 0,02;

Eg = Δg/g = 0,02м/с/10м/с² = 0,002; так как погрешность при измерении удлинения Δх = 1 мм, то Eх = Δx/х = 1мм/25мм = 0,04.

8. Найдем Δk = E kּkср и запишите ответ в виде: k = kср ± Δk.

Контрольные вопросы:

1. Что называется деформацией? Пластичная и упругая деформации.

2. Сформулируй закон Гука, запиши формулу закона и поясни все физические величины, входящие в этот закон.

3. Почему закон Гука выполняется только при малых деформациях?

4. К какому виду сил относится сила упругости? Почему она возникает?

5. На пружину подвешено тело массой 800гр. Найти коэффициент жесткости пружины и силу упругости в ней, если пружина растягивается на 8 м. и максимальная скорость падения груза на пружине 10 м/с.

¹ Принять, g = 10 м/с².

Дата добавления: 2015-09-03