Описание установки

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, секундомер, перегрузки.

Машина Атвуда (рис.3) состоит из вертикальной стойки 1 со шкалой, к верху стойки прикреплен легкий блок 2, способный вращаться с незначительным трением. Через блок перекинута нить с прикрепленными грузами 3 одинаковой массы m. Масса грузов может быть увеличена двумя добавочными небольшими грузами (перегрузками) массой . Под правым грузом укреплена полка 4, положение которой можно изменить.

Е

сли на правый груз положить один из перегрузков, то равновесие грузов будет нарушено и они начнут двигаться с ускорением . Определим его, используя второй закон Ньютона, считая, что мы положим перегрузок массой . На каждый груз будут действовать две силы (рис.2) – сила тяжести и сила натяжения нити (пренебрегаем силами трения и считаем нить невесомой).

Полагая также, что нить нерастяжима, а блок невесом, можно считать, что ускорения и силы натяжения нитей правого и левого грузов равны по величине и противоположны по направлению. Запишем второй закон Ньютона для каждого из грузов в виде:

Для правого груза

Для левого груза

В проекции на направление ОУ (совпадающее с направлением движения правого груза) полученные уравнения примут вид:

Решая эту систему относительно а, получим

(8)

Как видно из формулы (8), грузы будут двигаться с ускорением, меньшим, чем ускорение свободного падения.

Перемещая систему грузов так, чтобы нижняя поверхность правого груза была удалена на расстояние S от полки 4, а затем, отпустив ее, можно определить по секундомеру время t момента удара груза о полку. Учитывая, что грузы движутся равноускоренно с начальной скоростью , можно записать

(9)

Отсюда можно выразить ускорение а

(10)

При одном и том же перегрузке, для различных расстояний S, выполняется соотношение

(11)

Это соотношение, справедливое для равноускоренного движения с начальной скоростью , подлежит экспериментальной проверке в этой работе.

Если в первом случае поместить два перегрузка массой на правый груз, то внешняя результирующая сила, действующая на систему грузов, равна . Согласно второму закону Ньютона

(12)

где - масса системы грузов.

Во втором случае, при перекладывании перегрузка массой с правого груза на левый, масса системы не изменяется, а

меняется результирующая внешняя сила, действующая на систему. Она становится равной и, согласно второму закону Ньютона

(13)

Из (12) и (13) следует, что

(14)

Определяя время прохождения пути S правым грузом в первом случае, можно найти ускорение системы из выражения . Определяя время прохождения того же пути S во втором случае, получим . С учетом этого, выражения (14) примет вид

(15)

Это соотношение, полученное на основе второго закона Ньютона, подлежит экспериментальной проверке.