9. rad =
+ + + +
1 s
rad =
+ + + +
2 s
rad =
+ + + +
3 s
- + - + - + - + -
1 11 1 12 1 13 1 14 1 15
rad =
1 s
- + - + - + - + -
2 21 2 22 2 23 2 24 2 25
rad =
2 s
- + - + - + - + -
3 31 3 32 3 33 3 34 3 35
rad =
3 s
rad b = b ± Db = ±
rad b = b ± Db = ±
.......... .......... .......... .......... .( ) 2 2 2 2 s
rad b = b ± Db = ±
9
2. Xö lý kÕt qu¶:
· TÝnh c¸c gi¸ trÞ gia tèc gãc trung b×nh:
............................................( )
11 12 13 14 15
5 2
=
b b b b b
b
............................................( )
21 22 23 24 25
5 2
=
b b b b b
b
............................................( )
31 32 33 34 35
5 2
=
b b b b b
b
· Sai sè tuyÖt ®èi cña gia tèc gãc:
...............................( )
5 2
D =
b b b b b b b b b b
b
..........................( )
5 2
D =
b b b b b b b b b b
b
............................( )
5 2
D =
b b b b b b b b b b
b
......................... .......................( ) 1 1 1 2 s
......................... .........................( ) 3 3 3 2 s
3. VÏ ®å thÞ biÓu diÔn b phô thuéc
I0 :
I
b (rad/s2)
0
I 0
I
10. Bμi 3: X¸c ®Þnh gia tèc träng tr−êng b»ng con l¾c
thuËn nghÞch.
m
01
a
t P
b = (2)
G
a
02
P
n P
H×nh 1
b = d a là gia tốc góc, I1 là moment quán tính của con lắc đối với
= p = I
(5)
1 . .
10
I. Môc ®Ých.
X¸c ®Þnh gi¸ trÞ cña gia tèc r¬i tù do (g) t¹i vÞ trÝ ®o.
II. Dông cô.
1. Con lắc vật lý.
2. Máy đo thời gian hiện số MC-963A.
3. Cổng quang điện hồng ngoại.
4. Giá đỡ con lắc và hộp chân đế.
5. Thước dμi 1000 (mm) vμ thước kÑp 0-200 (mm).
III. C¬ së lý thuyÕt.
Con lắc vật lý là một vật rắn, khối lượng m, có thể
dao động quanh một trục cố định nằm ngang đi qua điểm
O1 nằm cao hơn khối tâm G của nó (H.1). Điểm O1 gọi là
điÓm treo của con lắc.
Vị trí cân bằng của con lắc trùng với phương thẳng
đứng của đường thẳng O1G. Khi kéo con lắc lệch khỏi vị
trí cân bằng một góc a nhỏ, rồi buông nó ra thì thành
phần Pt của trọng lực P = mg, tác dụng lên con lắc một
mômen lực m1 có trị số bằng m1 = -Pt.L1 = -mg.L1.sina ,
trong đó g là gia tốc trọng trường, L1 = O1G là khoảng
cách từ điểm O1 đến khối tâm G, dấu (-) cho biết moment
lực m1 luôn kéo con lắc về vị trí cân bằng, tức quay ngược
chiều với góc lệch α. Khi α nhỏ ta có thể coi gần đúng:
m1 = - mg.L1.α (1)
Phương tr×nh cơ bản đối với chuyển động quay của
con lắc quanh trục đi qua O1 có dạng:
1
1
1 I
2
ë đây 2
1 dt
trục quay đi qua O1. Kết hợp (1) với (2) vμ thay 1 1
2
1 w = m.g.L / I ta nhận được
2
a +w a =
dt
d (3)
phương trình dao động điều hoà của con lắc: 2 . 0
2 1
Nghiệm của phương tr×nh (3) có dạng: .cos( . ) 0 1 a =a w t +j (4)
với a0 là biên độ, là w1 tần số góc, j là pha ban đầu tại thời điểm t = 0.
Từ (4) ta suy ra chu kỳ T1 của con lắc:
1
1
1
2.
2.
m g L
T p
w
Trong con lắc vật lý, ta có thể tìm thấy một điểm O2, nằm trên đường thẳng
đi qua O1 và G sao cho khi con lắc dao động quanh trục nằm ngang đi qua O2 thì
chu kú dao động của con lắc đúng bằng chu kỳ dao động của nó khi dao động
11. quanh trục đi qua O1. Thật vậy, khi dao động quanh trục đi qua O2, chu kỳ
dao động T2 của con lắc được tính toán tương tự trên, và ta tìm được:
= p = I
(6)
2 . .
+ -
4. .( L L ).( L L
)
1 2 1 2
g
= p
11
2
2
2
2.
2.
m g L
T p
w
với L2 = O2G là khoảng cách từ trục quay đi qua điểm O2 đến khối tâm G và I2 là
moment quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua O2. Gọi IG là moment quán
tính của con lắc đối với trục quay đi qua khối tâm G và song song với hai trục đi
qua hai điểm O1 và O2.
Theo định lý Huyghens- Steiner: I1 = IG + 2
1 m.L (7)
2 m.L (8)
I2 = IG + 2
Tõ c¸c c«ng thøc (5), (6), (7), (8) ta được biểu thức xác định gia tốc trọng
trường:
2
2
1 2
2
1
2
. .
T L T L
g
-
=
p (9)
Nếu hai điểm treo O1, O2 thoả mãn T1 = T2 = T th× biểu thức xác định gia tốc
träng trường được đơn giản thành:
(10)
4. 2 .
T
2
L
Con lắc vật lý khi đó trở thành con lắc thuận nghịch, với L = L1 + L2 = O1O2
là khoảng cách giữa hai trục nằm ngang đi qua O1 và O2.
Con lắc vật lý sö dụng trong thí nghiệm này
gồm một thanh kim loại (6), trên đó có gắn hai con
dao cố định (1) và (2) nằm cách nhau một khoảng
cách L = O1O2 không đổi (H.2). Cạnh của dao (1)
hoặc (2) lần lượt được đặt tựa trên mặt kính phẳng
nằm ngang của gối đỡ (5). Hai quả nặng (3) và (4) gắn
cố định trên thanh kim loại (6). Gia trọng C có dạng
một đai ốc lắp trên thân ren cña quả nặng (4). Có thể
dịch chuyển gia trọng C bằng cách vặn nó xoay quanh
trục ren (4) để thay đổi vị trí khối tâm G. Toàn bộ con
lắc được đặt trên giá đỡ (8) và hộp chân đế (9) có các
vít điều chỉnh thăng bằng (10).
Số dao động và thời gian tương ứng được đo
trên máy đo thời gian hiện số MC-963A. Máy đo thời
gìan hiện số là loại dụng cụ đo thời gian chính xác cao
(độ chia nhỏ nhất 0,001 - 0,01s). Nó có thể hoạt động
như một đồng hồ được điều khiển bằng các cổng
quang ®iÖn (7).
C
4
5
3
6
8
9
10
1
x
7 2
H×nh 2
13. V. B¸o c¸o thÝ nghiÖm.
1. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm
· B¶ng1: L = 701,0 ± 0,5 (mm)
13
VÞ trÝ gia träng
C (mm)
50T1 (s) 50T2 (s)
LÇn 1 LÇn 2 1 50T LÇn 1 LÇn 2 2 50T
x0 = 0 (mm) …… …… …… …… …… ……
x0+40 = 40 (mm) …… …… …… …… …… ……
2. VÏ ®å thÞ
Cét thêi gian
(s)
Cét thêi gian
(s)
85
84
0 10 20 30 40 (mm)
85
84
83
83
14. · B¶ng 2: T¹i vÞ trÝ tèt nhÊt x1 con l¾c vËt lý trë thμnh thuËn nghÞch T1 = T2 = T
VÞ trÝ tèt nhÊt x1 = ……………… (mm) ®Ó cã T1 = T2 = T
LÇn ®o 50T1 (s) D(50T1 ) (s) 50T2 (s) D(50T2 ) (s)
T = = +
1 1 2 s
T = D = D + D
· TÝnh gia tèc träng tr−êng
1 1 2 s
.................. 2 g = = = m s
D................................... g = = ......................................................
= m s
2 14
1
2
3
Gi¸ trÞ
Trung b×nh
………………. ………………. ………………. ……………….
2. Xö lý kÕt qu¶:
· X¸c ®Þnh chu kú dao ®éng cña con l¾c thuËn nghÞch:
.............................................( )
(50 50 )
.
2
50
T T
[ (50 ) (50 )
] .............................................( )
2
.
50
T T
................................................... ...................................................( / )
..................
...............................( / )
.......................................................
...................................
g = g ± Dg = .........................................±.............................................(m / s 2 )
15. Bμi 4: NghiÖm l¹i ®Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng
trªn ®Öm kh«ng khÝ.
g = F (1)
dv g = = 0, = khi đó vật chuyển động thẳng đều. Vận tốc của vật chuyển động
thẳng đều có trị số bằng: v = S/ t = const (3), với S là đoạn đường vật đã đi được
trong khơảng thời gian t.
dv g = vμo phương trình (2) và chú ý rằng
d mv = = ( . ) (4).
dK = = vμ 2
15
I. Môc ®Ých.
NghiÖm l¹i ®Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng trong tr−êng hîp vËt chuyÓn ®éng
víi hÖ sè ma s¸t nhá.
II. Dông cô.
1. Đệm không khí và giá đỡ có thước thẳng chia đến milimét và các vít điều
chỉnh cân bằng, hai đầu cảm biến thu phát quang điện hồng ngoại.
2. Bơm dẫn khí và ống dẫn khí.
3. Hai xe trượt có bản chắn sáng.
4. Hai đầu va chạm đàn hồi, hai đầu va chạm mền có vải gai móc dính, hai tÊm
gia trọng g¾n vμo hai bªn xe tr−ît X2.
5. Hai máy đo thêi gian hiện số MC-963A.
III. C¬ së lý thuyÕt.
1. Định luật bảo toàn động lượng
Một chất điểm, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia tốc (H.1). Theo
định luật Newtơn thứ hai: Gia tốc g của chất điểm cùng hướng và tỷ lệ thuận với
lực tổng hợp F tác dụng lên chất điểm và tỷ lệ nghịch với khối lượng m của nó.
m
Công thức (1) có thể viết dưới dạng: m.a = F (2)
Phương trình (2) gọi là phương trình cơ bản của động lực
học chất điểm, nó cũng đúng đối với vật rắn chuyển động tịnh tiến. Từ phương
trình này ta suy ra hệ quả sau: nếu lực tổng hợp tác dụng lên vật triệt tiêu F = 0 thì
v const
dt
Thay
dt
dK
m = const ta được: F
dt
dt
VÐct¬ K = m.v gọi là động lượng của vật và đặc trưng cho trạng thái động
lực học của vật. Áp dụng phương trình (4) đối với hÖ cô lập gồm hai vật có khối
lượng m1 và m2 tương tác với nhau bằng các lực 1 F và 2 F (H.2).
d ( m . v
)
2 2 2 Ta có: F
1
dt
dt
1 1 1 ( . )
F
dK = d m v
=
dt
dt
m a F
H×nh 1
m2
1 F
H×nh 2
2 F
m1
17. M¸y ®o thêi gian
MC-963A
C1 C2
M¸y ®o thêi gian
MC-963A
§1 §2
X1 X2
m’
V1 V2
H
H×nh 3
IV. Tr×nh tù thÝ nghiÖm.
1. Điều chỉnh đệm kh«ng khí nằm cân bằng thẳng ngang.
Sinh viªn kh«ng ®iÒu chØnh c¸c èc V1, V2, §1, §2 trªn g¸ tr−ît H.
2. §iÒu chØnh m¸y ®o thêi gian MC-963A.
Sinh viªn chØ ®äc sè liÖu hiÖn trªn 2 ®ång hå MC-963A, vμ Ên nóm ”Reset”;
kh«ng thay ®æi vÞ trÝ c¸c nóm do gi¸o viªn ®· ®Æt tr−íc trªn m¸y MC-963A.
3. Khảo sát quá trình va chạm đàn hồi.
a. Đặt xe trượt X1 (không mang gia trọng) nằm ở gần đầu của hộp H phía
ngoài hai cảm biến Đ1, Đ2. Đồng thời, đặt thêm xe trượt X2 (hai bªn mang thªm hai
gia trọng m’) nằm trên mặt hộp H phía trong hai cảm biến Đ1, Đ2 (nhưng gần Đ2
hơn). Trong trường hîp này, cần lắp thêm vào mỗi đầu đối diện của hai xe trượt
X1vμ X2 mçi đầu mét va chạm đàn hồi (vòng lò xo lá). Bấm nút “RESET ” của hai
máy đo thời gian MC-963A đÓ các số chỉ thị trên cửa sổ “TIME ” chuyển về trạng
thái 0.
b. Đẩy xe trượt X1 chuyển động đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn tới va
chạm vào xe trượt X2 đang đứng yên. Sau va chạm, xe trượt X1 đổi chiều chuyển
động ®i qua c¶m biÕn quang §1 lÇn thø hai vμ xe tr−ît X2 chuyÓn ®éng (cïng chiều
víi xe X1 tr−íc khi va ch¹m) đi qua cảm biến Đ2.
Gọi t1’ t1’ là các khoảng thời gian chắn sáng tương ứng khi bản C1 đi qua
cảm biến Đ1 trước và sau va chạm, t2’ gọi là khoảng thời gian chắn sáng khi bản C2
đi qua cảm biến Đ2 sau va chạm.
Nếu t là khoảng thời gian chắn sáng tổng cộng khi tấm chắn C1 đi qua cảm
biến Đ1 trong cả hai lần (trước và sau va chạm) thì t’1 = t - t1. Đọc và ghi vào bảng
1 các giá trị t1, t’1 vμ t’2.
Vận tốc chuyển động của hai xe trượt X1 và X2 trước và sau va chạm tính
S
S
S
v = = = = (11)
1 '
17
theo công thức:
2
2
1
2 1
1
; '
'
; 0; '
t
v
t
v v
t
Trong đó S = 5 (cm) là khoảng cách giữa hai mép bên trái (hoÆc hai mÐp
ph¶i) của hai cạnh chữ U trên mỗi bản ch¾n s¸ng C1 hoÆc C2
P
18. c. Thực hiện động tác trên 5 lần. §ọc và ghi vào bảng 1 các giá trị cña t1; t’1;
t’2 trong mỗi lần đo để tính các vận tốc v1; v’1; v’2.
Chú ý: Xác định chiều ( + hoặc - ) của các vận tốc v1, v’1, v’2.
§Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng sÏ ®−îc nghiÖm ®óng trong tr−êng hîp va
ch¹m ®μn håi nÕu tæng ®¹i sè c¸c ®éng l−îng tr−íc vμ sau va ch¹m cña hai xe
tr−ît X1 vμ X2 b»ng nhau: M1v1 = M1v’1+ M2v’2 (12)
ë đây, M1 = m1+ m01+ m11 : là khối lượng tổng cộng của xe X1
M2 = m2+ m02+ m21 + 2m’: là khối lượng tổng cộng của xe X2
v = v = v = v = v
= (13)
18
Víi m1: khối lượng xe trượt X1.
m01: khối lượng bản chắn sáng C1.
m11: khối lượng đầu va chạm đàn hồi (vòng lò xo lá) gắn vμo xe X1.
m2 : khối lượng xe trượt X2.
m02: khối lượng bản chắn sáng C2.
m21: khối lượng đầu va chạm đàn hồi (vòng lò xo lá) gắn vμo xe X2.
m’ : khối lượng mỗi gia trọng gắn vào xe trượt X2.
4. Khảo sát quá trình va chạm mềm.
a. Tháo tấm chắn C2 ra khỏi xe trượt X2 (Xe mang hai gia trọng 2m’). Thay
hai đầu va chạm đàn hồi trên hai xe X1 và X2 bằng hai đầu va chạm mềm có vải gai
móc dính. Sau đó, đặt hai xe trượt X1 và X2 tại các vị trí như mục III.3.a. Bấm nút
“RESET” của hai máy đo thời gian MC-963A để các số hiện trên cửa sổ “TIME’’
chuyển về trạng thái 0.
b. Đẩy xe trượt X1 chuyển động đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn v1 tới
va chạm vào xe trượt X2 đang đứng yên (v2 = 0). Sau va chạm, hai ®Çu va ch¹m
mÒm cã v¶i gai mãc dÝnh vμo nhau nªn c¶ hai xe trượt X1 vμ X2 tiÕp tôc chuyÓn
®éng víi vËn tèc v’ ®i qua c¶m biÕn §2 (cïng chiều víi xe X1 tr−íc khi va ch¹m).
Vận tốc của hai xe trượt X1 và X2 trước và sau va chạm tính theo công thức:
S
'
S
, 0, ' ' ' 2 1 2
1
1 t
t
c. Thực hiện động tác trên 5 lần. §ọc và ghi vào bảng 2 các giá trị cña t1; t’
trong mỗi lần đo để tính vận tốc v1 vμ v’.
Định luật bảo toàn động lượng sẽ được nghiệm đúng trong tr−êng hîp va
ch¹m mÒm, khi tổng đại số các động lượng tr−íc vμ sau va chạm hai xe trượt X1 và
X2 bằng nhau: M’1v1 = ( M’1+ M’2 )v’ (14)
ë đây, M’1 = m1+ m 01+ m’12 : là khối lượng tổng cộng của xe X1
M’2 = m2+ m’22+ 2m’ : là khối lượng tổng cộng của xe X2
m1 : khối lượng xe trượt X1.
m01 : khối lượng bản chắn sáng C1.
m’12: khối lượng đầu va chạm mÒm cã v¶i gai dÝnh mãc gắn vμo xe X1.
m2 : khối lượng xe trượt X2.
m’22 : khối lượng đầu va chạm mÒm cã v¶i gai dÝnh mãc gắn vμo xe X2.
m’ : khối lượng mỗi gia trọng gắn vào xe trượt X2.
19. 19
IV. B¸o c¸o thÝ nghiÖm
1. KÕt qu¶ thÝ nghiÖm.
a. C¸c ®¹i l−îng:
m1 = 215,0 (gam)
m2 = 215,0 (gam)
m’ = 50,0 (gam)
m’12 = 3,4 (gam)
S = 50,0 (mm)
m01 = 10,5 (gam)
m02 = 10,5 (gam)
m11 = 5,0 (gam)
m21 = 5,0 (gam)
m’22 = 3,4 (gam)
b. NghiÖm l¹i ®Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng ®èi víi va ch¹m ®μn håi.
· B¶ng 1:
LÇn ®o
Tr−íc va ch¹m Sau va ch¹m
v2 = 0
(m/s)
t1
(s)
v1
(m/s)
t’1= t- t1
(s)
v’1
(m/s)
t’2
(s)
v’2
(m/s)
1
2
3
4
5
· Xö lý kÕt qu¶:
LÇn ®o
Tr−íc va ch¹m Sau va ch¹m Sai sè tû ®èi
Kt = M1.v1
(kg.m/s)
Ks = M1.v’1 + M2.v’2
K -
K K
s t
d = D =
(kg.m/s) K
K
t t
1
2
3
4
5
d =.............%
· KÕt luËn: Trong va ch¹m ®μn håi, ®Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng ®−îc nghiÖm
víi ®é sai lÖch tû ®èi d =.................%
20. c. NghiÖm l¹i ®Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng ®èi víi va ch¹m mÒm.
· B¶ng 2:
20
LÇn ®o
Tr−íc va ch¹m Sau va ch¹m
v2 = 0
(m/s)
t1
(s)
v1
(m/s)
t’
(s)
v’1= v’2=v’
(m/s)
1
2
3
4
5
· Xö lý kÕt qu¶:
LÇn ®o
Tr−íc va ch¹m Sau va ch¹m Sai sè tû ®èi
Kt = M’1.v1
(kg.m/s)
Ks = ( M’1 + M’2 )v’
K -
K K
s t
d = D =
(kg.m/s) K
K
t t
1
2
3
4
5
d =.............%
· KÕt luËn: Trong va ch¹m mÒm, ®Þnh luËt b¶o toμn ®éng l−îng ®−îc nghiÖm víi
®é sai lÖch tû ®èi d =.................%