Описание установки и метода работы

Прибор Гримзеля устроен следующим образом. На горизонтальной доске укреплена вертикальная стойка, которая имеет горизонтальную перекладину N. На двух других вертикальных стойках укреплена металлическая дуга СД, по которой перемещается электромагнит ЭМ. Электромагнит присоединен к аккумулятору. Ток в цепи электромагнита включается и выключается при помощи ключа К. К стойке Б шарнирно прикреплен алюминиевый стержень с медным кольцом на конце. В кольцо вставляется с легким трением шарик. Если кольцо с шариком отвести в сторону в положение А и включить ток, то электромагнит удержит шарик в этом положении. При выключении тока шарик придёт в движение по траектории, обозначенной дугой АВС ^/. Перемещая электромагнит по дуге, можно менять высоту поднятия шарика (рис 5.1).

Рис. 5.1.

 

Если m – масса шарика, то в точке А шарик обладает потенциальной энергией

, (5.1)

в точке В потенциальной энергией

. (5.2)

На пути АВ потенциальная энергия шарика уменьшилась на величину

. (5.3)

Одновременно шарик приобрел в точке В кинетическую энергию

. (5.4)

Скорость может быть найдена из следующих соображений.

В момент отрыва шарика скорость направлена по горизонтали. Во время полета шарика горизонтальная составляющая его скорости остается неизменной (и равной ). Время полёта шарика можно определить по формуле:

. (5.5)

Это время не зависит от скорости шарика в точке В. Таким образом,

(5.6)

и, следовательно, кинетическая энергия шарика в точке В равна

. (5.7)

По закону сохранения механической энергии величина кинетической энергии шарика в точке В равна изменению потенциальной энергии шарика между точками А и В, то есть

. (5.8)

После сокращения на mg равенство (5.8) принимает вид:

. (5.9)

Выполнение равенства (5.8) или равносильного ему равенства (5.9) и требуется проверить экспериментально на приборе Гримзеля.