Физика 1 · Лабораторная работа 1 · ФДО ТУСУР

Прямолинейное движение тел на машине Атвуда: расчёт электронного отчёта онлайн

Введите пять серий по пять пусков из журнала. Страница посчитает значения для всех 23 шагов отчёта в личном кабинете в том виде, в каком их принимает система.

5 серий по 5 пусковОтчёт из 23 шаговВидео 3:23

Расчёт отчёта по шагам

Заполните таблицу так же, как её показывает система на втором шаге отчёта: в каждом столбце серия, сверху начальное и конечное положение груза в сантиметрах, ниже пять времён. Начальное положение у всех серий обычно одно, меняется конечное. Нажмите на любое значение в шагах, чтобы скопировать его, маленькая цифра — номер серии.

Данные из журнала

Сейчас в таблице пример. Замените его своими числами.

  1. Шаг 1

    Отметьте пять серий по пять пусков

    Система показывает все пуски с галочками. Оставьте отмеченными пять серий по пять пусков: внутри серии начальное и конечное положение груза одинаковые. Это должны быть те же пуски, что вы ввели в таблицу на этой странице.

  2. Шаг 2

    Путь груза S

    Из начального положения вычитаем конечное и переводим сантиметры в метры. Для серии 1:

    S=H−E100=46−5100=0.41 м
    Введите в отчёт
    S, м:
    Система не принимает шаг 2? Напишите нам
  3. Шаг 3

    Корень из пути √S

    Извлекаем квадратный корень из пути в метрах. Четыре знака после точки.

    S=0.41=0.640312…≈0.6403 м¹ᐟ²
    Введите в отчёт
    √S:
    Система не принимает шаг 3? Напишите нам
  4. Шаг 4

    Среднее время ⟨t⟩

    Складываем пять времён серии и делим на 5. Четыре знака после точки. Для серии 1:

    ⟨t⟩=4.947+4.751+4.796+5.052+4.7225=4.85360≈4.8536 с
    Введите в отчёт
    ⟨t⟩, с:
    Система не принимает шаг 4? Напишите нам
  5. Шаг 5

    Среднеквадратичное отклонение σкв t

    Формула (5.2) пособия Риппа: сумма квадратов отклонений от среднего, делённая на n(n − 1) = 5·4 = 20. Шесть знаков после точки. Для серии 1:

    σквt=∑(ti−⟨t⟩)2n(n−1)=0.0792492020=0.06294807…≈0.062948 с
    Введите в отчёт
    σкв t, с:
    Система не принимает шаг 5? Напишите нам
  6. Шаг 6

    Приборная погрешность секундомера

    Секундомер показывает время с точностью до тысячной секунды. Приборная погрешность равна единице последнего разряда.

    σпрt=0.001 с
    Введите в отчёт
    σпр t =с
    Система не принимает шаг 6? Напишите нам
  7. Шаг 7

    Коэффициент Стьюдента

    По таблице 6.1 пособия Риппа для пяти измерений и доверительной вероятности 0.9.

    τ=2.1
    Введите в отчёт
    τ =
    Система не принимает шаг 7? Напишите нам
  8. Шаг 8

    Случайная погрешность σсл t

    Формула (5.1): умножаем σкв на коэффициент Стьюдента. Берём σкв без округления, шесть знаков после точки.

    σслt=τ·σквt=2.1·0.06294807…=0.13219096…≈0.132191 с
    Введите в отчёт
    σсл t, с:
    Система не принимает шаг 8? Напишите нам
  9. Шаг 9

    Полная погрешность σt

    Формула (2.1): к случайной погрешности прибавляем приборную.

    σt=σслt+σпрt=0.13219096…+0.001≈0.133191 с
    Введите в отчёт
    σt, с:
    Система не принимает шаг 9? Напишите нам
  10. Шаг 10

    Округлённая погрешность σt

    Пункт 8 пособия Риппа: погрешность округляем до одной значащей цифры. В отчёт она вводится двумя полями: цифра и степень десяти. Если после округления получилось 10, пишем 1, а степень увеличиваем на единицу.

    σt=0.133191≈1·10−1 с
    Серияσt, сОкруглено
    10.1331911·10−1
    20.0926999·10−2
    30.1231221·10−1
    40.1050911·10−1
    50.0755108·10−2
    Введите в отчёт
    · 10· 10· 10· 10· 10
    Система не принимает шаг 10? Напишите нам
  11. Шаг 11

    Округлённое среднее время

    Среднее время из шага 4 округляем до того же разряда, что и его погрешность: при 10⁻¹ — до десятых, при 10⁻² — до сотых. Для серии 1:

    ⟨t⟩=4.8536≈4.9 с
    Введите в отчёт
    t, с:
    Система не принимает шаг 11? Напишите нам
  12. Шаг 12

    График зависимости S от t

    3.544.550.20.30.4t, сS, мСерия 1: t = 4.9 с, S = 0.41 мСерия 2: t = 4.5 с, S = 0.36 мСерия 3: t = 4.3 с, S = 0.31 мСерия 4: t = 3.9 с, S = 0.26 мСерия 5: t = 3.52 с, S = 0.21 м
    Вводить ничего не нужно

    Система строит график сама: точки ложатся на часть параболы. По такому короткому участку трудно уверенно сказать, что это парабола, поэтому дальше график выпрямляют.

  13. Шаг 13

    Квадраты всех 25 времён

    Каждое время из журнала возводим в квадрат. Шесть знаков после точки. В отчёте это таблица: строки — номер пуска, столбцы — серии, как ниже. Для первого пуска серии 1:

    t2=4.9472=24.472809 с²
    Введите в отчёт
    Пуск 1:
    Пуск 2:
    Пуск 3:
    Пуск 4:
    Пуск 5:
    Система не принимает шаг 13? Напишите нам
  14. Шаг 14

    Среднее квадратов времени ⟨t²⟩

    Складываем пять квадратов серии из шага 13 и делим на 5. Шесть знаков после точки. Для серии 1:

    ⟨t2⟩=24.472809+22.572001+23.001616+25.522704+22.2972845≈23.573283 с²
    Введите в отчёт
    ⟨t²⟩, с²:
    Система не принимает шаг 14? Напишите нам
  15. Шаг 15

    Погрешность квадрата времени σt²

    Та же формула (5.2), что на шаге 5, только для квадратов времени: отклонения каждого t² от ⟨t²⟩, делённые на 20. Шесть знаков после точки. Для серии 1:

    σt2=∑(ti2−⟨t2⟩)220=7.56693220≈0.615099 с²
    Введите в отчёт
    σt², с²:
    Система не принимает шаг 15? Напишите нам
  16. Шаг 16

    Округлённая погрешность σt²

    Как на шаге 10: одна значащая цифра, цифра и степень вводятся в разные поля.

    σt2=0.615099≈6·10−1 с²
    Серияσt², с²Округлено
    10.6150996·10−1
    20.3959684·10−1
    30.4929195·10−1
    40.3832414·10−1
    50.2511743·10−1
    Введите в отчёт
    · 10· 10· 10· 10· 10
    Система не принимает шаг 16? Напишите нам
  17. Шаг 17

    Округлённое среднее квадратов

    ⟨t²⟩ из шага 14 округляем до того же разряда, что и его погрешность. Для серии 1:

    ⟨t2⟩=23.573283≈23.6 с²
    Введите в отчёт
    t², с²:
    Система не принимает шаг 17? Напишите нам
  18. Шаг 18

    Параметры прямой K1 и B1

    По формуле (2.4) путь пропорционален квадрату времени: S = (a/2)·t². Строим прямую S = K1·t² + B1 методом наименьших квадратов по значениям шага 17.

    Серияx = t², с²y = S, м
    123.60.41
    220.30.36
    318.30.31
    415.40.26
    512.40.21
    K1≈0.018234…≈0.0182 м/с²,B1≈−0.018213…≈−0.0182 м

    Оба числа округляем до четырёх знаков после точки.

    Введите в отчёт
    K1 =м/с², B1 =м
    Система не принимает шаг 18? Напишите нам
  19. Шаг 19

    График зависимости S от t²

    101520250.20.30.4t², с²S, мСерия 1: t² = 23.6 с², S = 0.41 мСерия 2: t² = 20.3 с², S = 0.36 мСерия 3: t² = 18.3 с², S = 0.31 мСерия 4: t² = 15.4 с², S = 0.26 мСерия 5: t² = 12.4 с², S = 0.21 м
    Вводить ничего не нужно

    Система строит такой же график сама. В координатах S и t² точки ложатся почти на прямую.

  20. Шаг 20

    Параметры прямой K2 и B2

    Формула (2.5): √S = √(a/2)·t, корень из пути растёт линейно со временем. Строим прямую √S = K2·t + B2 по √S из шага 3 и округлённому времени из шага 11.

    Серияx = t, сy = √S
    14.90.6403
    24.50.6000
    34.30.5568
    43.90.5099
    53.520.4583
    K2≈0.134187…≈0.1342 м¹ᐟ²/с,B2≈−0.013746…≈−0.0137 м¹ᐟ²

    Оба числа округляем до четырёх знаков после точки.

    Введите в отчёт
    K2 =м1/2/с, B2 =м1/2
    Система не принимает шаг 20? Напишите нам
  21. Шаг 21

    График зависимости √S от t

    3.544.550.450.50.550.60.65t, с√S, м¹ᐟ²Серия 1: t = 4.9 с, √S = 0.6403Серия 2: t = 4.5 с, √S = 0.6000Серия 3: t = 4.3 с, √S = 0.5568Серия 4: t = 3.9 с, √S = 0.5099Серия 5: t = 3.52 с, √S = 0.4583
    Вводить ничего не нужно

    Система строит такой же график сама. Прямая не обязана проходить через ноль: сдвиг даёт систематическая ошибка измерения времени.

  22. Шаг 22

    Ускорение грузов a

    Формула (2.9): угловой коэффициент прямой √S от t равен √(a/2), поэтому a = 2·K2². K2 берём без округления, ответ — три знака после точки.

    a=2K22=2·0.1341872=0.036012…≈0.036 м/с²
    Введите в отчёт
    a =м/с²
    Система не принимает шаг 22? Напишите нам
  23. Шаг 23

    Работа сдана

    Лабораторная работа успешно завершена.

Система не принимает значение?

Напишите нам во ВКонтакте номер шага и свои замеры. Разберёмся и, если ошибка в расчёте, поправим его для всех.

Написать во ВКонтакте

Что происходит в опыте

Через лёгкий блок перекинута нить с двумя одинаковыми грузами. Перегрузок на правом грузе заставляет систему двигаться равноускоренно. В работе проверяют, что путь растёт пропорционально квадрату времени, и находят ускорение.

  1. 1

    Пять положений кронштейна

    Груз всегда стартует с одной высоты H, а кронштейн с фотодатчиком переставляют: конечное положение E меняется от серии к серии. Путь S = H − E, на каждом положении пять пусков.

  2. 2

    Погрешности и округление

    Для каждой серии находят среднее время и его погрешность, затем округляют время до разряда погрешности. То же делают для квадратов времени.

  3. 3

    Линеаризация

    График S от t — кусок параболы, по нему трудно что-то утверждать. Поэтому строят прямые: S от t² и √S от t. Из наклона второй находят ускорение.

Ускорение грузов массой M с перегрузком m, формула (2.3) методички:

a1=gmm+2M

Путь при равноускоренном движении без начальной скорости и его линейная форма, формулы (2.4) и (2.5):

S=at22,S=a2·t

Ускорение из наклона прямой √S от t, формула (2.9):

a=2β2=2(ΔSΔt)2

Систематическая ошибка измерения времени сдвигает прямую, но не меняет её наклон, поэтому на ускорение не влияет.

На чём чаще всего ошибаются

  • Перепутаны H и E

    В этой работе H у всех серий одинаковое, а меняется конечное положение E. Путь — разница H − E в метрах: 46 − 5 = 41 см = 0.41 м.
  • Погрешность не в том разряде

    Время округляют до разряда погрешности. При σt = 9·10⁻² среднее 3.5230 превращается в 3.52, а при 1·10⁻¹ — в 3.5.
  • Квадрат среднего вместо среднего квадратов

    На шаге 14 нужно среднее из пяти квадратов времени, а не квадрат среднего времени. Числа близкие, но не одинаковые.
  • Округлённый K2 в ускорении

    Если возвести в квадрат округлённое 0.1342, третий знак ускорения может разойтись. Берите K2 без округления.

Вопросы

Почему график S от t не прямая?

При равноускоренном движении путь пропорционален квадрату времени, поэтому точки ложатся на параболу. Прямую дают координаты S и t² или √S и t.

Почему прямая √S от t не проходит через ноль?

Секундомер запускается и останавливается с небольшой задержкой. Эта систематическая ошибка сдвигает прямую по оси времени, но на её наклон и на ускорение не влияет.

Какое ускорение должно получиться?

Небольшое, несколько сантиметров в секунду за секунду: перегрузок лёгкий по сравнению с грузами. В примере на этой странице a = 0.036 м/с².

Где расчёт для других работ по физике?

Список всех работ, для которых есть расчёт, — на странице лабораторных по физике. Ссылки на соседние работы есть и внизу этой страницы.