III. Методика измерений и расчетные формулы. Грузы подвешены на нити, перекинутой через шкив, при этом на каждый из грузов две силы: сила тяжести и сила натяжения нити

Грузы подвешены на нити, перекинутой через шкив, при этом на каждый из грузов две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. Если массы левого (m₁) и правого (m₂) грузов одинаковы, то система находится в безразличном равновесии. Если массы грузов различны (например, правый груз тяжелее левого, см. рис.1), то система придет в равноускоренное движение. При этом, если масса блока невелика по сравнению с массой грузов и трение в оси блока несущественно, то раскручивание блока практически не требует приложения к нему крутящего момента, и силы натяжения нити по обе стороны блока равны друг другу. На основании второго закона Ньютона можно написать:

для левого груза: ; (1)

для правого груза: . (2)

где а – ускорение системы, Т — сила натяжения нити, g - ускорение свободного падения, m₁ – масса легкого груза, m₂ – масса тяжелого груза.

Складывая уравнения (1) и (2), получим:

,

откуда выразим ускорение свободного падения:

. (3)

Величину a можно определить с использованием измеренных значений высоты падения тяжелого груза h и времени падения t по формуле:

. (4)

IV. Порядок выполнения работы.

1. Получить у преподавателя требуемые значения масс грузов. Значение m₁ задается из ряда 50-130 г с шагом 10 г. Для заданного значения m₁ определяется три значения m₂: на 10, 20 и 30 г больше, чем m₁.

2. Установить основание строго горизонтально при помощи регулировочных опор и уровня.

3. Снять с грузов все разновесы, перекинуть нить с грузами через блок и убедиться, что система находится в положении безразличного равновесия.

4. Установить кронштейн с фотодатчиком в нижней части шкалы вертикальной стойки, а фотодатчик расположить таким образом, чтобы правый груз при движении вниз проходил в центре рабочего окна фотодатчика Установить правый груз в крайнем верхнем положении.

5. Набрать требуемые массы грузов.

6. Включить блок электронный ФМ-1/1, нажать «Сброс». При этом должен сработать электромагнитный тормоз.

7. Измерить координату нижней плоскости правого груза в верхнем положении с помощью шкалы на стойке и визира, измерить координату оптической оси фотодатчика. Определить высоту падения грузов.

8. Нажать на кнопку «Пуск» блока. При этом происходит растормаживание электромагнита, правый груз начинает опускаться, и таймер блока начинает отсчет времени. При пересечении правым грузом оптической оси фотодатчика отсчет времени останавливается. Записать время движения грузов в таблицу 2.

9. Определить по шкале пройденный грузом путь S, как расстояние от нижней плоскости правого груза в верхнем положении до оптической оси фотодатчика.

10. Не меняя первоначальной высоты груза, повторить опыт 3 раза.

11. Повторить измерения по пп. 5 – 10 для всех комбинаций масс грузов.