МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2» методические указания к лабораторным работам

по дисциплине «Физика»

Работы 1, 3, 60, 78, 101, 103

МОСКВА  2007

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Физика»

Работы 1, 3, 60, 78, 101, 103

Рекомендовано редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний для студентов специальностей

ИУИТ, ИСУТЭ, ИЭФ, ИТТОП, вечернего факультета

М ОСКВА  2007

УДК 535

Г59

Государева Н.А., Ильин С.И. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Физика». Работы 1, 3, 60, 78. 101, 103  Под ред. С.И.Ильина (работы 1, 3, 101, 103) и В.А.Селезнёва (работы 60, 68). – М.: МИИТ, 2007. – 36 с.

Методические указания содержат описания лабораторных работ по общему курсу физики, предназначенных для студентов первого и второго курсов ИУИТ, ИСУТЭ, ИЭФ, ИТТОП, вечернего факультета

Авторы и составители:	старший преподаватель Н.А. Государева – работы 1, 3, 101, 103
	доцент С.И. Ильин – работы 60, 78

© Московский государственный

университет путей сообщения

(МИИТ), 2007

Работа 1

Изучение равноускоренного движения на машине атвуда

Цель работы. Определение ускорения грузов при равноускоренном движении.

Введение

Применяемый в данной работе прибор (машина Атвуда) представляет собой вертикальную стойку со шкалой (см. рис. 1).

С верху на стойке укреплен блок, чрез который перекинута нить. К обоим концам нити подвешены грузы одинаковой массы. На стойке справа имеется кольцевая платформа, которую можно закреплять в любом месте шкалы зажимными винтами. Если на правый груз положить перегрузок, то система начнет двигаться равноускоренно. При прохождении кольцевой платформы перегрузок снимается, и вся система будет двигаться равнозамедленно.

В данной работе ускорение грузов при равноускоренном движении до снятия перегрузка определяется двумя способами: по формуле, полученной из уравнения кинематики (а₁), а также по формуле, полученной с использованием закона сохранения энергии (а₂).

В первом случае, используя формулу пути при равноускоренном движении, согласно которой h  a₁t²/2, получим

a₁  2h/t² (1)

где пройденный грузами путь h и время движения t измеряются непосредственно в эксперименте.

При втором способе формулу для определения ускорения на этом участке движения h получим из рассмотрения изменения энергии системы.

Обозначим массу перегрузка m, массу каждого из основных грузов М, массу блока М₀. При опускании груза с перегрузком потенциальная энергия системы уменьшается на величину mgh. При движении грузов М их суммарная потенциальная энергия не изменяется. Кинетическая энергия W_К системы возрастает и к концу движения на участке h равна

W_К   ,

где  –линейная скорость грузов в конце пути h;  – угловая скорость вращения блока в этот момент времени; I – момент инерции блока; – кинетическая энергия поступательного движения грузов; – кинетическая энергия вращательного движения блока.

Так как в системе действуют силы трения, то механическая энергия системы не сохраняется, часть ее переходит во внутреннюю энергию. Количество энергии, перешедшей во внутреннюю, равно работе сил трения А₁. Она пропорциональна пройденному пути h и может быть записана в виде

A₁  F₀h,

где F₀ – коэффициент, имеющий размерность силы.

Учитывая все сказанное выше, запишем

mgh    F₀h. (2)

Так как коэффициент F₀ экспериментально определить трудно, исключим его, рассмотрев движение системы после снятия перегрузка до остановки. На этом участке движения, длину которого обозначим Н, начальная кинетическая энергия равна  ; конечная – нулю. Потенциальная энергия системы на этом участке не меняется. Следовательно, вся кинетическая энергия переходит во внутреннюю и служит работе сил трения:

А₂  F₀H.

При этом предполагаем, что величина коэффициента F₀ на всех участках пути постоянна.

Таким образом, при равнозамедленном движении на участке Н для энергии можно записать соотношение

  F₀H. (3)

Исключая из уравнений (2) и (3) коэффициент F₀ и учитывая связь угловой скорости движения точек поверхности блока с линейной скорость   R, а также выражение для момента инерции блока I  (R – радиус блока и M₀ – его масса), получим

² 

Используя известное соотношение для равноускоренного движения ²  2a₂h, получим формулу для определения ускорения на участке h:

a₂  (4)