На главную
111       111
Лабораторная работа № 2
Изучение законов равноускоренного движения с помощью
машины Атвуда
 
Цель работы: изучение законов кинематики и динамики прямолинейного движения связанной системы тел.
 
Оборудование, средства измерения: машина Атвуда, набор грузов, электронный секундомер.
 
 
Краткая теория и описание установки
 
      Основные законы кинематики и динамики прямолинейного движения тел в поле сил тяжести могут быть проверены на машине Атвуда (рис. 1). Машина Атвуда состоит из вертикальной металлической стойки, на которой укреплена шкала, разделенная на сантиметры. На верхнем конце стойки укреплен легкий свободно вращающийся относительно горизонтальной оси блок. Через блок перекинута тонкая нить, имеющая на своих концах грузы А и Б равной массы М. На груз А помещают один или несколько перегрузов. В начале опыта груз Б удерживается неподвижно электромагнитом. При включении кнопки «Пуск» электромагнит отключается, и если на груз А положен перегрузок, система приходит в движение. Одновременно автоматически включается секундомер. Когда груз А пересекает луч фотореле, отсчет времени прекращается. Перемещением фотореле по стойке можно задавать различные пути S для груза А.
 
Рис. 1. Машина Атвуда.
 
      Найдем закон движения груза А, пренебрегая массой блока и силами трения. На грузы действуют: силы тяжести и силы натяжения нити (рис. 2).
 
Рис. 2. К выводу уравнения движения.
 
Так как растяжение нити ничтожно мало, то ускорение правого и левого грузов будут равны по величине и противоположны по направлению. При невесомом блоке Т1 = Т2 = T.
      Система уравений движения грузов имеет вид:
откуда ускорение системы
где М – масса груза; m – масса перегрузка; g – ускорение свободного падения. Из полученной формулы можно сделать вывод о равноускоренном характере движения грузов.
      Если грузы движутся равноускоренно без начальной скорости, то
откуда следует, что
 
Выполнение опыта
 
      Для выбранного перегрузка подтвердите экспериментально равноускоренный характер движения грузов, изучив зависимость . Для этого:
  1. Поставьте на груз А перегрузок известной массы m1. Нажав кнопку "Пуск", определите на табло время падения t. Расстояние S, пройденное грузом, отмечено на стойке.
  2. Повторите первый пункт  3–4  раза,  найдите  среднее время,  соответствующее данному расстоянию.
  3. Изменив расстояние 3–4 раза, повторите измерения, описанные в пунктах 1 и 2.
  4. Постройте график зависимости , сделайте вывод, и найдите ускорение  а  для данной массы m  перегрузка.
 
 
Контрольные вопросы
 
  1. Какое влияние на результат оказывает не учитываемая нами сила трения в оси блока?
  2. Из каких соображений следует выбирать вес перегрузка?
  3. Какое движение называется равномерным, равноускоренным, ускоренным? Приведите зависимости перемещения и скорости от времени для этих движений.
  4. Дайте определения средней скорости, мгновенной скорости и ускорения.
  5. Сформулируйте законы Ньютона.
  6. В чем заключается принцип независимости действия сил?
  7. Что такое вес тела? В чем отличие веса тела от силы тяжести?
  8. Как объяснить возникновение невесомости при свободном падении?
  9. Известно, что сила тяготения пропорциональна массе тела. Почему же тяжелое тело, если на него действует только сила тяжести, не падает быстрее легкого?
  10. Покажите, что силы тяготения консервативны.
  11. Чему равно максимальное значение потенциальной энергии системы из двух тел, находящихся в поле тяготения? Когда оно достигается?
 
Рекомендуемая литература
 
  1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. 1. – М.: Наука, 1986-1988.
  2. Макаров Е.Ф. Озеров Р.П. Физика для химико-технологических специальностей. – М.: Научный мир, 2002. – 624 с.
  3. Джанколи Д. Физика. В 2-х тт., Т.1. – М.: Мир, 1989.
  4. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1990.
  5. Фриш С.Э., Тиморева А.В. Курс общей физики. Т. 1,2. – М.: Гос. изд. физ.-мат. лит., 1961.
  6. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике. – М.: Наука, 1990.