Г.Г. Спирин - Механика, молекулярная физика и термодинамика

Федеральное агентство по образованиюАССОЦИАЦИЯ КАФЕДР ФИЗИКИТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗов РОССИИВ.М. Анисимов, И.Н. Данилова,В.С. Пронина, Г.Э. СолохинаЛабораторные работы по физикеЧАСТЬ 1МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА ИТЕРМОДИНАМИКАПод редакцией проф. Г.Г.СпиринаРекомендовано в качестве учебного пособиянаучно-методическим советом по физике приМинистерстве общего и профессиональногообразования Российской Федерации для студентоввысших технических учебных заведенийМосква2ББК 16.4.1А 67Рецензенты:Нагаев В.Б., Чернышев В.В.А 67 Анисимов В.М., Данилова И.Н., Пронина В.С., Солохина Г.Э.Лабораторные работы по физике,Молекулярная физика и термодинамика.ч. 1.Механика.ISBN 978-5-903111-19-0Лабораторный практикум является необходимой составнойчастью процесса изучения физики студентами МАИ.

Как правило,лабораторные работы выполняются вслед за изучениемсоответствующего раздела в теоретическом курсе.Главнаяцельлабораторногопрактикумадатьвозможность студентам познакомитьсяс приборами,некоторыми физическими явлениями, овладеть различнымиметодами измерений, научиться технике эксперимента, суметьсделать выводы относительно измеряемых величин или какихлибо функций от них. Результаты измерений должны бытьподвергнуты анализу, а также проведена необходимаяматематическая обработка результатов.Предназначено для студентов всех факультетов МАИдневного и вечернего отделений, выполняющих лабораторныеработы по физике.ББК 16.4.1ISBN 978-5-903111-19-0В.М.

Анисимов, И.Н. Данилова,В.С. Пронина, Г.Э. Солохина 2010 г.3СОДЕРЖАНИЕС О Д Е Р Ж А Н И Е -------------------------------------------------------------- 3П Р Е Д И С Л О В И Е ------------------------------------------------------------ 7ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 7Графическое изображение результатов------------------------------------- 8Некоторые измерительные инструменты и приборы ------------------- 10Погрешности измерений физических величин--------------------------- 13Расчет погрешностей при графической обработке результатовизмерений ------------------------------------------------------------------------ 23Правила приближенных вычислений -------------------------------------- 25ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 0Определение плотности твердых тел правильной геометрическойформы и расчет погрешностей ---------------------------------------------- 26Вопросы по разделу ----------------------------------------------------------- 32Р А З Д Е Л 1 ---------------------------------------------------------------------- 33Динамика поступательного движения материальной точки.Законы сохранения импульса и энергии ------------------------------- 331.1 Динамика поступательного движения.

Закон сохраненияимпульса ---------------------------------------------------------------------- 331.2 Энергия, работа, мощность. Закон сохранения энергии -------- 36ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25(ф)Определение коэффициента сопротивления жидкой среды ----------- 38ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5Изучение упругого удара шаров -------------------------------------------- 42ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5аИзучение неупругого удара шаров ----------------------------------------- 49Вопросы по разделу 1 --------------------------------------------------------- 54Р А З Д Е Л 2 ---------------------------------------------------------------------- 55Вращательное движение твердого тела -------------------------------- 55ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7(ф)Определение момента инерции диска с отверстием и расчетпогрешностей ------------------------------------------------------------------- 59ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1Экспериментальное определение момента инерции вращающейсясистемы--------------------------------------------------------------------------- 63ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3Изучение динамики вращательного движения --------------------------- 70ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6Определение момента инерции тела и скорости полета “пули” ------ 75Вопросы по разделу 2 --------------------------------------------------------- 804Р А З Д Е Л 3 -----------------------------------------------------------------------81Механические колебания и волны ---------------------------------------813.1 Незатухающие гармонические колебания.

Маятники -----------813.2 Затухающие колебания ------------------------------------------------873.3 Вынужденные колебания, резонанс ---------------------------------893.4 Волны----------------------------------------------------------------------91ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2Измерение ускорения свободного падения с помощьюматематического и оборотного (физического) маятников -------------95ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 012Изучение колебаний математического маятника и явленияпараметрического резонанса ----------------------------------------------- 100ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8Определение момента инерции махового колеса методомколебаний ---------------------------------------------------------------------- 106ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10Определение момента инерции твердых тел с помощьюкрутильных колебаний ------------------------------------------------------ 109ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 11Определение момента инерции тела при помощи трифилярногоподвеса-------------------------------------------------------------------------- 114ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13Исследование свободных колебаний пружинного маятника -------- 119ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14Исследование крутильных колебаний ----------------------------------- 123ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4Изучение затухающих колебаний наклонного маятника------------- 126ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 19Определение скорости звука в воздухе методом интерференции -- 133Вопросы по разделу 3-------------------------------------------------------- 136Р А З Д Е Л 4 --------------------------------------------------------------------- 137Основы термодинамики.

Теплоемкость вещества ---------------- 1374.1 Идеальный газ. Первое начало термодинамики ---------------- 1374.2 Теплоемкость ---------------------------------------------------------- 1394.3 Второе начало термодинамики. Тепловые двигатели --------- 145ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 33Определение универсальной газовой постоянной --------------------- 148ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 35Определение отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме методом Клемана - Дезорма --------- 1515ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 36(к)Адиабатический процесс --------------------------------------------------- 158ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 43Определение отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме методом интерференции ----------- 163ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 44Определение отношения теплоемкостей воздуха при постоянномдавлении и постоянном объеме резонансным методом ------------- 167ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 45Исследование теплоемкости твердых тел ------------------------------- 170Вопросы по разделу 4 ------------------------------------------------------- 175Р А З Д Е Л 5 -------------------------------------------------------------------- 177Распределения Максвелла и Больцмана.

Явления переноса--- 1775.1 Распределение Максвелла ------------------------------------------ 1795.2 Распределение Больцмана ------------------------------------------ 1805.3 Физические основы явлений переноса в газах ------------------ 1825.4 Вывод уравнений переноса на основе молекулярнокинетической теории газов ---------------------------------------------- 1835.5 Зависимость коэффициентов переноса оттермодинамических параметров газа --------------------------------- 189ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 29(к)Распределение Максвелла -------------------------------------------------- 190ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 21Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярнымметодом ------------------------------------------------------------------------ 196ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 22Исследование явления внутреннего трения при различных режимахтечения газа ------------------------------------------------------------------- 202ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 23Определение коэффициента вязкости при течении воздуха вканале --------------------------------------------------------------------------- 206ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 26Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярнымвискозиметром ---------------------------------------------------------------- 210ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 25Определение коэффициента вязкости жидкости по методуСтокса -------------------------------------------------------------------------- 213ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 24Определение коэффициента теплопроводности воздуха методомнагретой нити ----------------------------------------------------------------- 2166ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 31Изучение зависимости коэффициента теплопроводности воздухаот температуры методом нагретой нити --------------------------------- 221ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 28Определение коэффициента теплопроводности сыпучих телметодом плоского слоя ------------------------------------------------------ 226Вопросы по разделу 5-------------------------------------------------------- 230ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ ---------------------------------------------------- 231Механика ----------------------------------------------------------------------- 231Молекулярная физика, термодинамика ---------------------------------- 232Л И Т Е Р А Т У Р А ------------------------------------------------------------ 2357ПРЕДИСЛОВИЕМетодический совет кафедры установил обязательное для всехстудентов выполнение фронтально-тематических лабораторных работ1-го уровня.Данное пособие включает работы, выполняемые на кафедре поразделам “механика”, “молекулярная физика и термодинамика”.

Впособие включены как описания и методики работ, выполняемых влабораториях кафедры, так и работы, предназначенные длявыполнения в компьютерном классе. Номера работ, выполняемых вкомпьютерном классе, помечены буквой «К».Работы сгруппированы по основным разделам курса физики. Вначале каждого раздела приведены основные теоретические сведения.В конце каждого раздела приведены вопросы, знание ответов накоторые необходимо для успешного прохождения предварительногокомпьютерного тестирования с целью получения допуска длявыполнения лабораторной работы, а также для сдачи фронтально тематической лабораторной работы преподавателю.Кроме того, в пособии приведены типовые вопросы по указаннымразделам курса для подготовки к сдаче экзамена.В создании лабораторного практикума «Механика» участвовалипреподаватели кафедры: Волков Б.Н., Коновалова З.И., Лаушкина Л.А.,Лобов А.Г., Озолин В.В., Третьякова О.Н.В формировании лабораторного практикума «Молекулярная физикаи термодинамика» принимали участие преподаватели кафедры:Ваничева Н.А., Зайцева Л.С., Сцепуро Н.Г., Тимофеев О.С., ЧерепановВ.В., Черкасова М.В.Авторы благодарят старшего лаборанта Егорова А.Н.

за полезныезамечания при подготовке издания.ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХРАБОТКаждая лабораторная установка 1-го уровня рассчитана на работуподгруппы студентов из 2-х человек.Эти подгруппы создаются обычно по желанию студентов ификсируются преподавателем в журнале кафедры физики. Номералабораторных работ для подгрупп студентов сообщаются преподавателемза 1 - 2 недели до дня работы в лаборатории.Перед каждым лабораторным занятием студент долженознакомиться с описанием заданной для выполнения работы, изучить8соответствующий раздел теории и подготовить конспект (вспециальном журнале).Конспект должен содержать:1) номер и название работы;2) краткие теоретические сведения по разделу, к которомуотносится выполняемая работа;3) схему установки;4) расчетную формулу;5) таблицы для записи результатов измерений.В начале лабораторного занятия каждый студент должен показатьконспект преподавателю и получить разрешение на выполнение работы.Не имеющий конспекта по неуважительной причине студент кзанятиям в лабораторном практикуме не допускается и выполняетработу после представления конспекта преподавателю вовнеаудиторное время в соответствии с действующими правилами накафедре физики МАИ.Выполняя экспериментальную часть, надо руководствоватьсяописанием лабораторной работы, а также указаниями преподавателей илаборанта.