И динамики поступательного движения
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ КИНЕМАТИКИ И ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА
Цель работы: проверка законов равноускоренного поступательного движения и II закон Ньютона.
Приборы и принадлежности; машина Атвуда, набор перегрузков, электронный секундомер.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ
Рис. 1
Устройство машины Атвуда изображено на рис. I. Легкий блок 1 свободно вращается вокруг оси, укрепленной в верхней части стойки 2. Через блок перекинута легкая нерастяжимая нить, на которой висят грузы 3, имеющие равные массы М. Электромагнитный пускатель 4 служит для пуска и остановки грузов. Приемный столик 5 предназначен для разрыва электрической цепи, а, следовательно, для прекращения отсчета времени в тот момент, когда груз спустится на площадку. Электронный счетчик-секундомер предназначен для отсчета промежутков времени движения грузов. Он включается одновременно с размыканием тока в цепи электромагнитного пускателя и отключается при попадании грузов на площадку 5.
ВЫВОД РАСЧЕТНЫХ ФОРМУЛ
Система, изображенная на рис. 2, находится в равновесии, так как массы левого и правого грузов равны. Если на правый груз положить перегрузок массой m, система придет в движение. На рис. 2 показаны силы, действующие на грузы.
Рис. 2
Уравнения движения грузов в векторном виде записаны в предположении, что нить невесома и нерастяжима, блок невесом и трения в оси нет.
. (1)
Здесь - сила натяжения нити.
С учетом направления сил получим
,
откуда
. (2)
Из уравнения (2) видно, что ускорение системы грузов зависит только от величины перегрузка (при неизменной массе грузов).
Зависимость пути от времени при равноускоренном движении дается уравнением
. (3)
При измерениях с одним перегрузком
. (4)
Для проверки II закона Ньютоне в эксперименте используют два перегрузка массами m1 и m2 . В правой части опыта обе перегрузка находятся на правом грузе:
.
Тогда ускорение (аналогично соотношению (2))
. (5)
Если перегрузок , переложить на левый груз, уравнения движения будут выглядеть следующим образом:
и ускорение
. (6)
С учетом уравнений (4, 5, 6) получим
, (7)
где и - время движения грузов в первом и во втором случае соответственно.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Упражнение I. Проверка закона пути
1. На правый груз положить перегрузок и замкнуть ток в цепи электромагнита.
2. Установить приемный столик на расстоянии (по указанию преподавателя) от нижнего основания правого груза.
3. Разомкнуть цепь электромагнита, показания секундомера – время движения груза с перегрузкам - занести в табл. I.
4. Повторить измерения для и не менее пяти раз.
5. Вычислить по формуле (4) средние значения и . Сравнить их по величине с учетом погрешности.
Таблица 1
,см | ,см | |||
, с | , с | ,с | ,с | |
Среднее |
Упражнение 2. Проверка второго закона Ньютона
1. Положить на правый груз перегрузки и , предварительно определив и записав их массу.
2. Измерить время движения системы на пути . Порядок измерения описан в упражнении I.
3. Переложить меньший перегрузок на левый груз и измерить время движения t на том же пути
4. Измерения повторить для другого значения пути Результаты занести в табл. 2.
Таблица 2
, см | , см | |||||||
,с | ,с | ,с | ,с | ,с | ,с | ,с | ,с | |
Среднее |
5. По формуле (7) найти средние искомые отношения. Сравнить их с учетом погрешности.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Сформулировать законы кинематики и динамики поступательного движения.
2. Вывести формулу для ускорения грузов с учетом силы трения.
3. Как учтены в уравнениях движения грузов (I) условия невесомости блока и нерастяжимости нити.
4. Что такое тангенциальное и нормальное ускорения? Какое ускорение Вы измеряли в данной работе?
5.