Физикалық практикум

55 
 
  Прибордың  электрондық  схемасы  электрондық  секундомермен  0-ден  100  секундқа 
дейінгі  уақытты  0.001с  дәлдікпен,  тербеліс  периодының  санын  0-ден  100-ге  анықтауға 
мүмкіндік береді. 
 
6.4 Жұмыстың әдістемесі мен орындалу тәртібі 
 
  6.4.1. Өлшеу жүргізуге дайындық. 
  -прибордың жерге қосылғанын тексеру керек; 
  -(5)төменгі  кронштейнді  ең  төменгі  деңгейге  орналастырып,  (12)  ілгіш  призманы 
таяқшаның  жоғарғы  ұшынан  төртінші  белгіге  бекіту  қажет.  Осы  кезде  таяқшаның  төменгі 
ұшы  (6) жарықбергіш тесігін толық жауып тұруы керек; 
  -(2)бұранданың көмегімен приборды вертикаль қалыпқа келтіру керек; 
  -приборды электр жүйесіне қосу керек; 
  -“СЕТЬ”  түймесін  басып,  (6)жарықбергіштің  лампасының  жанғанына  көз  жеткізіп, 
сандық индикаторда нөлдердің шыққанын тексері керек.  
  6.4.2. Өлшеу жүргізу. 
 
  Қондырғы қызметін тексеру үшін жүргізілетін өлшеу. 
 
  Таяқшаны вертикаль бағыттан сәл ауытқытып, қоя беріңіз. Таяқша жарықбергіштің 
сәулесін кесіп өтіп, еркін тербеле бастайды. Бастапқы бұрыштыұ ауытқу аз болу керек (sinα- 
ны α-мен алмастырғанымызды ойға алыңыз), сонымен бірге ауытқу мөлшері маятник  10 20 
рет тербеліс жасағанда жарық сәулесін толық кесіп өтетіндей болуы қажет (тербеліс 
периодын дәлірек табу үшін осынша тербеліс саны алынады). «СБРОС» түймесін басып, қоя 
беріңіз. 
  Секундомер  мен  тербеліс  санын  санағыштың  дұрыс  жұмыс  істегеніне  көз 
жеткізіңіз.Жарық сәулесін таяқша әрбір екінші рет қиып өткен сайын санағыш іске қосылып 
отыратындығын  бақылаңыз.    10 20  периодтан  кейін  “СТОП”түймесін  басып,  прибордың 
көрсетуін жазып алыңыз. Осылай тағы да бір рет тәжірибені қайталап, прибор көрсеткішінің 
бірінші  алынғын  нәтижеге  жақын  болатындығын  тексеріңіз.  Бастапқы  ауытқу  бұрышының 
тербеліс  периодына  әсерін  байқап,  оның  оптималдық  мәнін  тауып  алыңыз.  Кейін  негізгі 
тәжірибелерде, ауытқу бұрышының осы мәнін ұстану керек. 
 
 
  6.5. Негізгі өлшеулер 
 

56 
 
Өлшеулер  нәтижесін  енгізетін  кестеңізді  дайындап  алыңыз.  Кестеде  төмендегідей 
бағаналар болу керек: 
  6.5.1.Ілгіш призманың тұсындағы белгінің нөмері (жоғары ұшынан санағанда). 
6.5.2. 5 10  толық тербеліс уақыты-t
i
  
6.5.3. Тербеліс периоды-Т
i 
6.5.4. іліну нүктесінен массалар центріне дейінгі қашықтық-a
i 
Қажетті өлшеу саны -25. 
Іліну призмасын центрге қарай бір белгіге (10 мм) жылжыта отырып, әрбір белгі үшін 
3 5 толық тербеліс уақытын өлшеп, нәтижені 6.1-кестеге қондырыңыз. Ілгіш призма таяқша 
бойымен түсірілген сайын, жарықбергіш орнатылған төменгі кронштейнді (5) де жоғарлатып 
отыру  қажет  (таяқшаның  төменгі  ұшы  тербеліс  кезінде  жарық  сәулесін  толық  қиып  өту 
үшін). 
6.1-кесте 
№ 
a
i
 
t
i
 
Т
i.экс.
 
Т
i.теор
 
 
 
 
 
 
 
 
6.6 Өлшеу нәтижесін математикалық өңдеу 
 
6.6.1.Іліну  нүктесінен  массалар  центріне  дейінгі  қашықтықты  (a
i
)  және  осыған  сәйкес 
тербеліс периодын(Т
i
)анықтап, кестеге жазыңыз. 
6.6.2.Барлық 
тәжірибелік 
нүктелерді  пайдаланып,Т-тербеліс 
периодының 
à 
қашықтыққа тәуелділік графигін салыңыз.. 
6.6.3. T=f(a) графигінен Т-нің  бір мәніне à-ның екі мәні сәйкес келетін бөлігін тауып,  
осы бөліктің өзін ғана үлкен масштабпен қайта салыңыздар.  
6.6.4.  Соңғы  графикте  5-6  горизонталь  сызықтар  жүргізіп,  осы  сызықтармен  T=f(a) 
грнафигінің қиылысу нүктелері арқылы à
1i
 және à
2i
 мәндерін тауып, әрбір Т
i
 үшін 
                                       l
0i
=a
1i
+a
2i 
келтірілген ұзындықтарды есептеңіз. 
  6.6.5. l
0i
 менТ
i
-дің  мәндерін төменгі формулағы 
 
2
0
2
4
i
i
i
T
l
g
                                                                                  (6.14) 
 
қойып, еркін түсу үдеуін (g
i
) есептеңіз. 
  6.6.6.  Тікелей  өлшеу  әдісімен  берілген  сенімділік  ықтималдығы  үшін  еркін  түсу 
үдеуінің орташа мәні мен оның қателігін табыңыз. 
  6.6.7.  Еркін  түсу  үдеуінің  тәжірибеден  табылған  мәнін  Алматы  қаласы  үшін  белгілі 
кестелік мәнімен(g
A
=9,804 м/с
2
)салыстырып, қорытынды жасаңыз.  
  6.6.8.  Жіңішке  таяқшаның  массалар  центрі  арқылы  оған  перпендикуляр  өтетін 
қатысты инерция моментін есептеуге арналған 

57 
 
 
2
0
12
1
ml
I
 
                                                                (6.15) 
 
Формуласын  пйдаланып,  тербеліс  периодының  минимал  мәнін    (6.13)формуланың 
көмегімен теориялық  жолмен есептеңіз. Осы теориялық минимал мәнді  графиктен алынған 
тәжірибелік мәнмен салыстырып,тқорытынды жасаңыз..  
  6.6.9. Мына формуланы 
ga
l
g
a
T
12
2
2
                                                                  (6.16) 
 
пайдаланып, T=f(a)  теориялық тәуелділікті салыңыз. Соңғы мәліметті эксперименттік 
T
i
=f(a
i
)  графигімен салыстырыңыз.  
 
6.7. Пысықтауға арналған сұрақтар 
6.7.1.Инерция  моментінің  анықтамасын  беріңіз  және  оның  физикалық  мағынасын 
түсіндіріңіз? 
6.7.2. Физикалық маятниктің әртүрлі іліну нүктелерінен өтетін айналу өстеріне қатысты 
инерция  моментінің  шамасы  бірдей  болып  қала  ма?  Егер  бірдей  болмаса,  оның  себебі 
қандай? Егер бірдей болса, оның себебі неліктен?  
6.7.3. Келтірілген «ұзындықтың» физикалық мағынасы қандай? 
6.7.4.  Маятниктің  тербеліс  периодына  қырлы  ілгіштің  массасы  мен  формасы  әсер  ете 
ме? Егер әсер етсе, тербеліс периоды азая ма, әлде өсе ме? 
6.7.5. Қырлы ілгіштің m
1
 массасы және C масса центрінен тербелу өсіне дейінгі аралық 
а белгілі деп қырлы ілгіштің тербеліске әсерін ескере отырып маятник-таяқшаның тербеліс 
периодын анықтайтын формуланы қорытып шығарып көріңіз? 
6.7.6.  Таяқша  үшін 
12
*
l
a
-мәнінде  периодтың  шамасы  минимал  болатыны 
көрсетілген. Осындай шешімді сақина, цилиндр және шар үшін көрсетіңіз? 
 
  6.8. Әдебиет 
 
6.8.1.Сивухин Д.В. Общие курс физики, Т.1.-М.: Наука,1974.   
6.8.2. Гольдин Л.Л. Руководство к лабораторным занятиям по физике.-М.: Наука, 1973. 
 
 
 
№7 ЗЕРТХАНАЛЫҚ   ЖҰМЫС 
СҰЙЫҚТЫҢ ТҰТҚЫРЛЫҒЫН  СТОКС 
ӘДІСІМЕН  АНЫҚТАУ 
 
  7.1  Жұмыстың  мақсаты:  Сұйық  ішінде  құлап  бара  жатқан  шардың  кедергісін 
есептеуге  арналған  Стокс  формуласын  пайдаланып,  эксперимент  жүзінде  сұйықтың 
тұтқырлығын анықтау. 
  Қажетті  материалдар  мен  саймандар:  ішіне  тұтқыр  сұйық  құйылған  цилиндрлік 
ыдыс, жіпке ілінген металл тор немесе магнит, микрометр, секундомер, термометр. 
 
  7.2. Қысқаша теориялық кіріспе 

58 
 
 
  Қозғалыстағы  денeге  қоршаған  орта  тарапынан  кедергі  күш  әсер  етеді.  Дене  бетіне 
тиіп тұрған сұйықтың қабаты денеге жабысып, денемен бірге қозғалады. Молекулалық өзара 
әсерлесу арқасында осы қабатқа көршілес жатқан сұйықтың келесі қабаттары да қозғалысқа 
түседі. Бірақ, қозғалысқа түсетін көршілес қабаттар денеден неғұрлым қашық болған сайын, 
олардың жылдамдықтары да соғұрлым дене жылдамдығынан кіші бола береді. 
  Сондықтан,  осы  сұйық  қабаттары  арасында  үйкеліс  пайда  болады.  Жылдамдықтары 
әртүрлі  параллель  қозғалатын  сұйықтың  екі  қабаты  арасындағы  F
YЙК
  үйкеліс  күші 
Ньютонның тұтқырлық үйкеліс заңымен анықталады: 
S
dy
d
F
YЙК
   
                         
     (7.1) 
мұндағы   S – жанасып жатқан екі қабаттың ауданы;  
 
dy
d
 - екі қабат арасындағы жылдамдық градиенті (7.1-сурет); 
      - сұйықтың тұтқырлығы. 
(7.1) формуладан    тұтқырлықтың мәні шығады.    cан жағынан жылдамдық градиенті 
бірге тең кезде параллель қозғалыстағы бірлік ауданға әсер ететін үйкеліс күшіне тең шама. 
Халықаралық жүйеде тұтқырлықтың өлшем бірлігі  – 1 кг/м с. Tұтқырлық  сұйықтың тегіне 
қарай  әртүрлі  болады  және  белгілі  бір  сұйық  үшін  температура  мен  сұйық  ішіндегі  басқа 
заттардың концентрациясына тәуелді болады. 
Енді сұйыққа батып бара жатқан шарға әсер ететін күштерді қарастырайық (7.2- сурет). 
 
 
 
 
7.1.-сурет 

59 
 
7.2.-сурет 
 
  Сұйық ішінде батып бара жатқан шарға үш түрлі күш әсер етеді: 
  P
1
 -  ауырлық күші; 
  P
 
- кері итеруші күш; 
  F
үйк 
- ортаның кедергі күші. 
Шардың  радиусын  -  r,  жылдамдығын  -  ,  тығыздығын  - 
1
,  сұйық  тығыздығын  -  , 
тұтқырлығын -    және ауырлық күшінің үдеуін  -g деп белгілейік. Сонда шардың ауырлық 
күші  
g
r
P
1
3
1
3
4
,  
 
                         
      (7.2) 
 
ал, кері итеруші күш Архимед заңы бойынша  
 
 
g
r
P
3
3
4
        
 
                   
                (7.3) 
 
болады.  Егер  шар  шексіз  сұйық  ішінде  өте  аз  жылдамдықпен    қозғалыс  жасаса 
(құйынсыз  қозғалыс),  онда  Стокс  заңына  сәйкес,  орта  тарапынан  шарға  әсер  ететін  кедергі 
күш   
 
F=6
r   
 
 
                                   (7.4) 
 
формуласымен  анықталады.  Ньютонның  екінші  заңын  қолданып 
)
(
F
dt
d
m


 
қозғалыс теңдеуін былай жазамыз: 
F
P
P
dt
d
m
1
                                                   (7.5) 
 
(7.2) - (7.4) формулалардан күштердің және шардың массасының  

60 
 
1
3
3
4
r
m
 
 
              
                                     (7.6) 
 
мәндерін қойып (7.5) теңдеуі түрлендіреміз: 
 
9
)
(
2
2
9
2
1
1
2
gr
r
dt
d
                                         (7.7) 
 
Айнымалы шамаларды теңдіктің екі жағына бөліп былай жазайық 
 
б
t
dt
r
gr
d
0
1
2
2
1
2
9
9
)
(
2
 
                            (7.8) 
 
t=0 
мезетте  шариктің  сұйық  бетіне  тасталғандағы  бастапқы  жылдамдығы 
б
болса (7.8) теңдеуді интегралдап мынаны аламыз  
 
t
б
е
0
0
 
                                      
   (7.9) 
мұндағы  
9
2
2
1
r
 
 
 
                          
   (7.10) 
 
шар қозғалысының релаксациялық периоды деп аталады.  
  Егер 
t
болса  шардың  жылдамдығы  тұтқыр  сұйық  ішінде  өзінің  максималь 
мәніне  
 
 
9
2
2
1
0
gr
 
 
                                     (7.11) 
ұмтылады.  
(7.9) формуладан шардың тұтқыр сұйық ішінде жүретін жолының уақытқа байланысын 
табамыз: 
 

61 
 
х
t
б
е
t
dt
х
0
0
0
1
 
                    (7.12) 
 
Шардың  сұйық  ішінде  қозғалысының  бастапқы  жылдамдығы 
0
б
 жағдайы  үшін, 
оның жылдамдығы мен жүрген жолының уақытқа байланысы 6.3 суретте келтірілген.  
 
 
7.3-сурет 
 
Қозғалыс басталғаннан 
2
1
1
6
.
4
r
t
   
           (7.13) 
уақыт өткенде шардың жылдамдығы 
0
1
99
.
0
 болады. Осындай  уақыт аралығында 
шар 
0
1
6
.
3
х
 жол жүріп үлгереді. 
Егер 
1
t
t
 болса  шар  сұйық  ішінде  тұрақталған 
0
жылдамдықпен  қозғалады.  Шар 
шексіз  сұйық  ішінде  емес,  өлшемі  шектеулі  ыдыс  ішіндегі  сұйықта  қозғалса,  онда  ыдыс 
қабырғаларының  шар  қозғалысына  әсерін  ескеру  керек.  Егер  цилиндр  ыдыстың  радиусы  R 
болса шарға әсер ететін кедергі күші (6.4)-тің орнына былай жазылады: 
 
R
r
r
F
4
.
2
1
6
 
 
                         (7.14) 
 
соның нәтижесінде 
 

62 
 
              
R
r
gr
4
.
2
1
9
2
2
1
0
 
 
    
                             (7.15) 
 
Осы  формуланы  пайдаланып,  шардың  тұрақталған  жылдамдығын  өлшеу  арқылы 
тұтқыр сұйықтың тұтқырлығын анықтауға болады: 
R
r
gr
4
.
2
1
9
2
0
2
1
 
 
                                   (7.16) 
 
Тұтқыр  сұйық  ішінде  қозғалатын  шарға  әсер  ететін  кедергі  күшін  анықтайтын  (7.4) 
Стокс формуласы  Рейнольдс санының 
     
r
2
Re
  
                                                        (7.17) 
мәні  Re 0,5    болғанда  ғана  дұрыс  болады.  Егер  Re 0,5  болса  шардың  кедергі  күші 
Стокс заңына бағынбайды.  
 
7.3. Қондырғының құрылысы және жұмыстың орындалу әдістемесі 
Қондырғы,  вертикаль  орнатылған,  ішіне  глицерин,  кастор  майы  құйылған  екі  мөлдір 
ыдыстардан  тұрады.  Цилиндрдің  сыртына  шардың  жүрген  жолын  білу  үшін  әрбір  10  см 
сайын  сызықтар  салынған.  Өлшеу  кезінде  диаметрлері  әртүрлі  (1мм 3мм  маңында)  болат 
шарлар қолданылады. 
 
7.4. Жұмыстың орындалу тәртібі 
7.4.1.  Микрометрдің  көмегімен  кішкене  шарлардың  (5 7  шар)  d  диаметрін  айналдыра 
отырып 3 рет өлшейміз. 
7.4.2.  Сұйық  бетінен  қандай  тереңдіктен  бастап,  шардың  қозғалысы  бірқалыпты 
болатынын  анықтау  керек.  Ол  үшін  шардың  1-ші  мен  2-ші  сызықтар  және  3-ші  мен  4-ші 
сызықтар арасын қанша  уақытта өткенін өлшеп, сол бойынша екі  жылдамдықтарды тауып, 
салыстыру керек. Егер осы екі аралықтағы жылдамдықтар тең болса, онда келесі өлшеулерде 
қозғалыстың бастапқы нүктесі ретінде 1-ші сызықты қабылдауға болады. 
7.4.3.  Шардың  60  см  (немесе  оқытушының  нұсқауымен  басқа  мән  болуы  мүмкін) 
жолды  бірқалыпты  қозғалыспен  жүріп  өткен  уақытын  секундомермен  өлшеңіз.  Осыны  әр 
сұйық  (глицерин  және  кастор  майы)  үшін  5 7  шармен  қайталаңыз.  Өлшеу  нәтижелерін 
төмендегідей  кестеге  түсіріңіз.  Өлшеу  жұмыстарын  аяқтаған  соң  ыдыс  ішіндегі  шарларды 
тордың немесе магниттің көмегімен шығарып алып, қорабына салып қойыңыз. 
 
 

63 
 
7.1 кесте. Глицерин үшін. Цилиндр радиусы  R=  мм. 
Шард
ың 
диаметрі, 
мм 
<
d
1
>
 
<
d
2
> 
<
d
3
> 
<
d
4
> 
<
d
5
> 
t-
уақыт, с 
 
 
 
 
 
 
 7.2 кесте. Кастор майы үшін. Цилиндр радиусы R=  мм. 
Шард
ың 
диаметрі, 
мм 
<
d
1
>
 
<
d
2
> 
<
d
3
>
 
<
d
4
> 
<
d
5
>
 
t-
уақыт, с 
 
 
 
 
 
 
7.4.4.  Шар  қозғалысына  ыдыс  қабырғасының  әсерін  бағалау  үшін  тұтқырлықты  (7.11) 
және (7.15) формулалары бойынша есептеп, нәтижелерін салыстыру керек.  
7.4.5. Алынған нәтиженің қателігін есептеңіз. 
7.4.6.  Кез-келген  бір  тәжірибе  үшін  (7.17)  формуласы  бойынша  Рейнольдс  санын 
есептеңіз. 
7.4.7.  (6.13)  формуланы  қолданып,  шар  қозғалысы  бірқалыпты  болатын  уақытты  және 
сондай уақытта шардың жүретін жолын 
0
0
х
 мөлшерлеңіз.  
 
7.5. Бақылау сұрақтары 
7.5.1.  Тұтқырлық  дегеніміз  не?  Тұтқырлықтың  анықтамасын  беріңіз,  оның 
Халықаралық жүйедегі өлшем бірлігі қандай?  
7.5.2. Сұйықтың тұтқырлығы қандай шамаларға тәуелді өзгереді? 
7.5.3. Сұйық ішіндегі шарға қандай күштер әсер етеді? 
7.5.4. Неліктен белгілі бір уақыттан соң шар бірқалыпты қозғала бастайды? 
7.5.5. Шар қозғалысына шардың диаметрі мен ыдыс диаметрі қалай әсер етеді? 
 
7.6. Әдебиет 
7.6.1.  Кортнев  А.В.,  Рублев  Ю.В.,  Куценко  А.Н.  Практикум  по  физике.  М.:  Высшая 
школа, 1963. 

64 
 
7.6.2.  Физический  практикум.  Механика  и  молекулярная  физика.  Под  ред.  В.И. 
Ивероновой М.: Наука, 1967. 
 
 
 
№8 ЗЕРТХАНАЛЫҚ   ЖҰМЫС 
КВАЗИСТАЦИОНАРЛЫҚ РЕЖІМДЕ КАЛОРИМЕТРЛІК ӘДІСПЕН ЗАТТЫҢ 
ЖЫЛУӨТКІЗГІШТІГІН АНЫҚТАУ 
 
8.1 Жұмыс мақсаты  
8.1.1  Заттағы энергия тасымалдану құбылысымен танысу. 
8.1.2   Заттың жылуөткізгіштігін анықтаудың калориметрлік әдісін меңгеру.   
 
8.2 Қысқаша теориялық кіріспе  
Егер  жүйедегі  температура  бірдей  болмаса,  температурасы  жоғары  нүктеден 
температурасы  төмен  нүктеге  қарай  бағытталған  энергия  тасымалы  байқалады.  Жылу 
тасымалын оның іске асу механизміне қарай үшке бөледі:  
1)Конвекция  -  заттың  қозғалысына  байланысты  өтетін  жылу  тасымалы.  Конвекция 
газдар мен сұйықтарда жүреді. 
2)Сәулелену - электромагниттік толқындар арқылы өтетін жылу тасымалы. 
3)Жылуөткізгіштік  -  микробөлшектің  жылулық  кинетикалық  энергияны  соқтығыс 
кезінде көрші бөлшекке беруі арқылы өтетін жылу тасымалы. Осы жұмыста жылуөткізгіштік 
құбылысы қарастырылады. 
 
8.2.1 Жылуөткізгіштік. 
8.2.1.1 Температуралық өріс. 
Жылуөткізгіштік процесі тек жүйенің әр нүктелерінде температура бірдей болмаса ғана 
жүреді.  Жалпы  жағдайда  температура  уақытқа  да  байланысты.  Температураның  кеңістікте 
уақытқа байланысты өзгеруін мына түрде көрсетуге болады: 
 
Т=Т(х,у,z,t) .                                                                          (8.1) 
 
 (8.1) теңдеу температуралық өрістің математикалық өрнегі болып саналады. Сонымен, 
температуралық  өріс  дегеніміз  кез-келген  уақыт  мезгіліндегі  зерттеліп  отырған  ортаның 
барлық  нүктелеріндегі  температура  мәндерінің  жиынтығы.  Әрине,  әр  нүктеге 
температураның тек бір ғана мәні тән екені айқын. 
(8.1) теңдеу ең жалпы жағдайды - бейстационарлық температуралық өрісті бейнелейді. 
Егер температуралық өріс уақытқа тәуелді болмаса, онда кез-келген нүктенің  температурасы 
тұрақты  болып  қалады.  Мұндай  температуралық  өрісті  стационарлық  немесе  тұрақталған 
өріс деп атайды. Стационарлық өріс үшін  
 

65 
 
         
0
t
T
; Т=Т(х,у,z)                                                                     (8.2) 
 
Кейде    температура  тек  екі  координатаға  тәуелді  болуы  мүмкін,  ондай  өрісті  екі 
өлшемді деп атайды: 
 
          
0
z
T
; Т=Т(х,у,t)                                                                       (8.3) 
 
Егер  температура бір ғана координатаға тәуелді болса, өріс бір өлшемді болады:  
 
        
0
z
T
;  
0
y
T
;  Т=Т(х,t)                                                           (8.4) 
Егер    температура  тек  бір  координатаға  тәуелді  болып,  оның  үстіне  уақыт  бойынша 
өзгермесе, өрістің ең қарапайым түрі - стационарлық  бір өлшемді өрісті аламыз:  
 
Т=Т(х)                                                                                    (8.5) 
 
Температураның нақты мәнін анықтайтын х,у,z,t айнымалыларының сандық мәндерінің 
жиынтығы  Т(х,у,z,t)  функциясының  анықталу  облысы  деп  аталады.  Өзінің  анықталу 
облысында  Т(х,у,z,t)  функциясы  координаталар  бойынша  үзіліссіз  және  екі  рет 
дифференциалданатын, ал уақыт бойынша үзіліссіз дифференциалданатын болуға тиіс. 
 

жүктеу/скачать 3,87 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: