Лабораторна робота № 9
Тема: Дослідження прямолінійного руху тіл в полі тяжіння на машині Атвуда
Мета роботи: Дослідити прямолінійний рух тел. На машині Атвуда досліджувати закони руху тіл.
Прилади і приладдя: машина Атвуда, електричний або звичайний секундомір, набір вантажів і перевантажень.
Машина Атвуда призначена для дослідження закону руху тіл у полі земного тяжіння. Найприродніше, звичайно, вивчити цей закон, досліджуючи вільного падіння тіл. Цьому заважає, однак, велика величина прискорення вільного падіння. Такий досвід можливий, тому або при дуже великій висоті приладу (набагато більшою, ніж висота кімнати), або за допомогою спеціальних методів, що дозволяють точно вимірювати невеликі проміжки часу (долі секунди). Машина Атвуда дозволяє уникнути цих труднощів і уповільнити рух до зручних швидкостей.
Пристрої машини Атвуда зображено на рис. 1. Легкий алюмінієвий блок вільно обертається навколо осі, укріпленої у верхній частині стійки. Через блок перекинута тонка нитка, на кінцях якої висять вантажі А і Б, які мають рівні маси М. На вантаж А можуть вдягатися один або кілька перевантажень. Система вантажів у цьому випадку виходить з рівноваги і починає рухатися прискорено.
На початку досвіду вантаж Б утримується нерухомо за допомогою електромагніту. Вимкнення струму, поточного через електромагніт, звільняє вантаж Б і призводить нитка з вантажами в рух.
Знайдемо закон руху вантажу А. При розрахунках будемо користуватися нерухомої системної координат, центр якої суміщений з віссю блоку. Вісь ОХ направимо вниз. Нехай маса перевантаження, лежачого на вантажі А, дорівнює m.
На вантаж А діє дві сили: сила ваги (M + m) g і сила натягу лівій частині нитки Т 1. за другим законом Ньютона
(M + m) gT 1 = (M + m) a (1)
де а - прискорення вантажу А.
Застосуємо другий закон Ньютона до прямування вантажу Б. У силу не розтяжності нитки прискорення вантажу Б одно прискоренню вантажу А за абсолютною величиною і направлено в протилежну сторону. Воно дорівнює, отже, - а. Натяг правого кінця нитки позначимо Т 2. Тоді
Mg - T 2 = - Ma (2)
При невагомому блоці натягу Т 1 і Т 2 рівні один одному
Т 1 = Т 2 (3)
Т 1 r - T 2 r = Ja / r (3 *)
З (1), (2) та (3) отримаємо
Рух вантажу А відбуватися, таким чином, рівноприскореному і підпорядковується рівнянню (4). Легко бачити, що заміна (3) на більш точне (3 *) не змінює ні виду формули (4). Прискорення а при невеликих перевантаженнях істотно менше g: його тому легше виміряти.
Формула (4) може служити для визначення прискорення g. Експеримент ускладнюється, однак, тією обставиною, що не існує простих способів прямого вимірювання прискорення а. Скористаємося тому для визначення а рівноприскореним характерному руху будемо вимірювати шлях S і час руху. Вони пов'язані, як відомо, співвідношенням
Рис.1
Мета роботи полягає, таким чином, в тому, щоб встановити на досвіді рівноприскореним характер руху (пропорційність S і t 2), визначити що входить в (5) прискорення і обчислити з його допомогою за формулою (4) прискорення вільного падіння.
Вимірювання та виконання роботи
Експеримент виконується в наступному порядку. Один з наявних перевантажень кладуть на вантаж А. Вантаж Б опускається до зіткнення з електромагнітом і "прилипає" до нього (струм в котушці електромагніта повинен бути включений заздалегідь). Секундомір ставитися "на нуль". Столик піднімається до зіткнення з вантажем А, і за шкалою відзначається початкова висота вантажу. Потім столик опускається на деяку відстань S. Тепер слід розірвати ланцюг електромагніту й одночасно включити секундомір. При зіткненні вантажу А зі столиком секундомір потрібно вимкнути. Знаючи S і t, неважко підрахувати а за формулою (5). Досвід слід повторити 5 або 10 разів і усереднити виміряні значення часу прольоту t.
Контрольні питання
1. Що таке траєкторія, переміщення матеріальної точки?
2. Що таке швидкість?
3. Прискорення і його величина вимірювання?
4. Що таке рівномірне, Рівноприскорений і равнозамедленное рух?
5. Закони Ньютона?
6. Поясніть хід роботи?
Використовувані літератури
1. І. В. Савельєв, Курс обший фізики, т. I. Механіка, коливання і хвилі, молекулярна фізика, "Наука", 1973, § § 14,16,19,21.
2. С.Е. Хайкін, Фізичні основи механіки, "Наука", 1971,
§ 23, 25, 40.
Тема: Дослідження прямолінійного руху тіл в полі тяжіння на машині Атвуда
Мета роботи: Дослідити прямолінійний рух тел. На машині Атвуда досліджувати закони руху тіл.
Прилади і приладдя: машина Атвуда, електричний або звичайний секундомір, набір вантажів і перевантажень.
Машина Атвуда призначена для дослідження закону руху тіл у полі земного тяжіння. Найприродніше, звичайно, вивчити цей закон, досліджуючи вільного падіння тіл. Цьому заважає, однак, велика величина прискорення вільного падіння. Такий досвід можливий, тому або при дуже великій висоті приладу (набагато більшою, ніж висота кімнати), або за допомогою спеціальних методів, що дозволяють точно вимірювати невеликі проміжки часу (долі секунди). Машина Атвуда дозволяє уникнути цих труднощів і уповільнити рух до зручних швидкостей.
Пристрої машини Атвуда зображено на рис. 1. Легкий алюмінієвий блок вільно обертається навколо осі, укріпленої у верхній частині стійки. Через блок перекинута тонка нитка, на кінцях якої висять вантажі А і Б, які мають рівні маси М. На вантаж А можуть вдягатися один або кілька перевантажень. Система вантажів у цьому випадку виходить з рівноваги і починає рухатися прискорено.
На початку досвіду вантаж Б утримується нерухомо за допомогою електромагніту. Вимкнення струму, поточного через електромагніт, звільняє вантаж Б і призводить нитка з вантажами в рух.
Знайдемо закон руху вантажу А. При розрахунках будемо користуватися нерухомої системної координат, центр якої суміщений з віссю блоку. Вісь ОХ направимо вниз. Нехай маса перевантаження, лежачого на вантажі А, дорівнює m.
На вантаж А діє дві сили: сила ваги (M + m) g і сила натягу лівій частині нитки Т 1. за другим законом Ньютона
(M + m) gT 1 = (M + m) a (1)
де а - прискорення вантажу А.
Застосуємо другий закон Ньютона до прямування вантажу Б. У силу не розтяжності нитки прискорення вантажу Б одно прискоренню вантажу А за абсолютною величиною і направлено в протилежну сторону. Воно дорівнює, отже, - а. Натяг правого кінця нитки позначимо Т 2. Тоді
Mg - T 2 = - Ma (2)
При невагомому блоці натягу Т 1 і Т 2 рівні один одному
Т 1 = Т 2 (3)
Т 1 r - T 2 r = Ja / r (3 *)
З (1), (2) та (3) отримаємо
Рух вантажу А відбуватися, таким чином, рівноприскореному і підпорядковується рівнянню (4). Легко бачити, що заміна (3) на більш точне (3 *) не змінює ні виду формули (4). Прискорення а при невеликих перевантаженнях істотно менше g: його тому легше виміряти.
Формула (4) може служити для визначення прискорення g. Експеримент ускладнюється, однак, тією обставиною, що не існує простих способів прямого вимірювання прискорення а. Скористаємося тому для визначення а рівноприскореним характерному руху будемо вимірювати шлях S і час руху. Вони пов'язані, як відомо, співвідношенням
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1
Мета роботи полягає, таким чином, в тому, щоб встановити на досвіді рівноприскореним характер руху (пропорційність S і t 2), визначити що входить в (5) прискорення і обчислити з його допомогою за формулою (4) прискорення вільного падіння.
Вимірювання та виконання роботи
Експеримент виконується в наступному порядку. Один з наявних перевантажень кладуть на вантаж А. Вантаж Б опускається до зіткнення з електромагнітом і "прилипає" до нього (струм в котушці електромагніта повинен бути включений заздалегідь). Секундомір ставитися "на нуль". Столик піднімається до зіткнення з вантажем А, і за шкалою відзначається початкова висота вантажу. Потім столик опускається на деяку відстань S. Тепер слід розірвати ланцюг електромагніту й одночасно включити секундомір. При зіткненні вантажу А зі столиком секундомір потрібно вимкнути. Знаючи S і t, неважко підрахувати а за формулою (5). Досвід слід повторити 5 або 10 разів і усереднити виміряні значення часу прольоту t.
| № | t (С) | h (М) | m (Кг) | S (М) | a (М / с 2) | Δа | G (М / с 2) | |
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| Серед. знач. |
1. Що таке траєкторія, переміщення матеріальної точки?
2. Що таке швидкість?
3. Прискорення і його величина вимірювання?
4. Що таке рівномірне, Рівноприскорений і равнозамедленное рух?
5. Закони Ньютона?
6. Поясніть хід роботи?
Використовувані літератури
1. І. В. Савельєв, Курс обший фізики, т. I. Механіка, коливання і хвилі, молекулярна фізика, "Наука", 1973, § § 14,16,19,21.
2. С.Е. Хайкін, Фізичні основи механіки, "Наука", 1971,
§ 23, 25, 40.