Для студентов первого курса всех специальностей

К лабораторному практикуму по механике

Воронеж 2005

Составители: канд. физ.-мат. наук Евсюков В. А., канд. физ.-мат. наук А.Г. Москаленко, канд. физ.-мат. наук Н.В. Матовых, канд. физ.-мат. наук И. А. Сафонов, канд. физ.-мат. наук А.Ф. Татаренков, канд. пед. наук О. С.Хабарова.

УДК 531 (07)

Методические указанияк выполнению лабораторного практикума по механике для студентов первого курса всех специальностей/ Воронеж. гос. техн. ун-т; Воронеж, 2005, 58 с.

Методические указания содержат описание методик измерения, приборов и порядок выполнения лабораторных работ № 1.1 - 1.10, поставленных и выполняемых в учебных лабораториях ВГТУ.

Предназначено для студентов всех специальностей и всех форм обучения.

Ил. 20. Библиогр. 6 назв.

Рецензент канд. физ.- мат.наук А.А. Долгачёв

Ответственный за выпуск зав. кафедрой общей физики механико-технологического профиля, профессор

В.С.Железный

Печатается по решению редакционно–издательского совета Воронежского государственного технического университета

© Воронежский государственный

технический университет, 2005

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА

Лабораторная работа 1.1.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, миллисекундомер, набор грузов и перегрузков.

Цель работы: ознакомление с методикой измерения ускорения свободного падения и проверка законов динамики.

1.1. Описание прибора и методика измерений

Рис 1.1

Машина Атвуда предназначена для исследования движения тел в поле земного тяготения. Устройство машины изображено на рис.1.1. Блок массой может свободно вращаться вокруг оси, укрепленной в верхней части стойки. Через блок перекинута нить, к концам которой подвешены два груза равных масс . Если на правый груз поместить один или несколько перегрузков, то представленная самой себе система грузов начнет двигаться с ускорением. В начале опыта блок фиксируется с помощью электромагнита. При выключении тока, текущего через электромагнит, блок освобождается и система приходит в движение. На основании законов динамики поступательного и вращательного движений получим следующие уравнения:

, (1.1)

, (1.2)

, (1.3)

где - момент инерции блока ; -

угловое ускорение блока; и - силы натяжения правой и левой частей нити; m – масса перегрузка.

Решение данной системы уравнений даёт следующее выражение для g:

. (1.4)

Для определения ускорения грузов рассмотрим движение правого груза на участке пути . Так как начальная скорость равна нулю, то

, (1.5)

где - конечная скорость на участке .

В конце пути S₁ перегрузок снимается с правого груза неподвижным кольцом ,после чего система грузов начинает двигаться равномерно со скоростью, приобретенной в конце участка S_1.

Измеряя путь S₂ и время t равномерного движения правого груза на этом пути, можно определить скорость u, а затем по формуле (1.5) ускорение. При этом:

. (1.6)

Теперь легко получить формулу для ускорения свободного падения:

. (1.7)

Пути S₁ и S₂ определяются по шкале прибора.

Порядок выполнения работы

1. Убедиться, что прибор установлен строго по вертикали и правый груз М свободно проходит сквозь съемное кольцо .

2. Включить прибор клавишей СЕТЬ, при этом клавиша СБРОС должна быть отжата, а клавиша ПУСКнажата.

3. Положить на правый груз перегрузок и поднять груз вверх, совместив нижнюю грань груза с чертой, нанесенной на верхнем кронштейне.

4. Отжать клавишу ПУСК, зафиксировав тем самым груз в верхнем положении.

5. Измерить по миллиметровой шкале на стойке прибора пути равноускоренного S₁ и равномерного S₂ движений груза.

6. Нажать клавишу ПУСК.

7.Записать измеренное миллисекундомером время движения груза на пути S₂.

8. Нажать клавишу СБРОС и проверить обнуление показаний прибора и выключение электромагнита.

9. Поднять правый груз вверх и повторить опыт. Измерения проводить не менее пяти раз, после чего определить среднее значение времени движения груза на участке S₂ при заданном перегрузке. Данные измерений внести в табл. 1.1.

10. Определить по формуле (6) ускорение системы a, подставив среднее значение времени t, и полученный результат записать в табл. 1.1.

11. Рассчитать по формуле (1.7) значение ускорения свободного падения g и записать в табл. 1.1.

12. Повторить опыт дважды, взяв перегрузки в наборе из 2 колец другой массы. Результаты записать в таблицы, аналогичные табл. 1.1, и рассчитать соответствующие значения g.

Таблица 1.1

Номер опыта	m,кг	S1 ,м	S2,м	t,c	a,м /с2	g, м /с2
--------- ---------	------- -------	--------------	--------------	------ ------	--------------------------	----------------------

13. Сделать оценку погрешности полученного результата.

Контрольные вопросы

1. Определения (понятия) кинематических характеристик движущейся точки.

2. Закон движения точки в векторной и координатной формах.

3. Сформулируйте законы динамики материальной точки (поступательного движения твердого тела).

4. Закон всемирного тяготения. Понятие напряженности и потенциала гравитационного поля.

5. Сила тяжести и вес тела. Состояние невесомости.

6. Зависимость ускорения свободного падения от географической широты местности.