И динамика поступательного движения.

ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Лабораторная работа 3

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ РАВНОУСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА

 

Цели работы: изучение законов движения грузов на машине Атвуда и ознакомление с простейшими методами экспериментальной проверки функциональной зависимости между измеряемыми величинами.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, набор дополнительных грузов, секундомер.

Библиографический список: [1] § 3; [2] ч.1 § 4, § 5; [3] т.1 § 4; [4] т.1 § 2; [5] § 1.5; [7] § 1.2.1; [8] § 2.

 

Введение

Рассмотрим движение системы 2-х тел одинаковой массы m, которые подвешены к концам нити, перекинутой через блок (рис. 3.1). Грузы могут двигаться вдоль вертикального направления. Если на один из грузов положить небольшой добавочный груз (перегрузок) массой m _п, то грузы начнут двигаться с ускорением а под действием силы тяжести. Такое движение называют равноускоренным, т.е. движение с постоянным по модулю и направлению ускорением ().

Если система тел начинает движение из состояния покоя, то пройденный системой путь S за время t определяется формулой:

. (3.1)

Справедливость уравнения (3.1) в данной работе можно проверить с помощью машины Атвуда двумя способами:

1. Графический метод. Теоретическая формула (3.1) является нелинейной (квадратичной) зависимостью между S и t. Но для переменной x = t ² эта зависимость становится линейной, а ее график (в координатах S и t ²) – прямой, проходящей через начало координат. Следовательно, если график, построенный по результатам измерений в координатах S и t ², можно представить в виде прямой, проходящей через начало координат, то для движения грузов справедлива проверяемая формула (3.1), движение грузов является равноускоренным и можно вычислить ускорение а.

2. Аналитический метод. Проверка формулы (3.1) без построения графика заключается в том, что в ходе эксперимента для различных расстояний S ₁, S ₂, S ₃, S ₄ проходимых грузами под действием одинаковой силы (m _п = const) вычисляются ускорения а ₁, а ₂, а ₃, а ₄ по формуле (3.1). Если их отклонения (относительные погрешности) от среднего значения а _ср не превосходят 10 %, то в пределах такой погрешности эти ускорения можно считать одинаковыми, а движение – равноускоренным и проверяемую формулу справедливой.

Описание экспериментальной установки

Установка, называемая машиной Атвуда (рис. 3.2), представляет собой вертикальную стойку с сантиметровой шкалой 1 и регулировочными винтами 2. На верхнем конце стойки прикреплен легкий пластмассовый блок 3, через который переброшена нить с подвешенными на концах грузами m ₁ и m₂. Массы грузов примерно одинаковы, за счет трения в блоке система находится в равновесии. Для того, чтобы привести систему грузов в движение, на правый груз кладут перегрузок m _п. Опуская левый груз, устанавливают начальное положение правого груза на определенном делении шкалы. Время движения грузов определяется с помощью механического секундомера. Для начала измерения опускают левый груз и одновременно включают секундомер. Момент отключения секундомера должен совпадать со звуком удара правого груза о дно приемного столика 4.