Литература

1. Ахматов А. С. Лабораторный практикум по физике. — М.: Высш. шк., 1980.

2. Майсова Н. Н. Практикум по курсу общей физики. — М.: Госвузиздат, 1963.

3. Горшензон Е. М., Малов Н. Н. Лабораторный практикум по общей физике. — М.: «Просвещение», 1983.

4. Методические рекомендации по обработке результатов эксперимента в лабораторном практикуме по физике. Сост. Юдин Н. Г., Конюченко Г. В.; КВВКИСУ, Камышин, 1984.

5. Юдин Н. Г. Сборник лабораторных работ по физике. Ч. 2. КВВКИСУ, Камышин, 1992.

Лабораторная работа №2

Изучение законов кинематики и динамики равноускоренного прямолинейного движения на машине Атвуда

1. Цель работы

Изучение основных понятий и законов кинематики и динамики равноускоренного поступательного движения, экспериментальная проверка закона пути S = at²/2 и второго закона Ньютона , закона скорости v = gt и закона пути S = gt²/2 при свободном падении; определение ускорения свободного падения g.

2. Теория работы

Кинематика – раздел механики, изучающий взаимосвязь кинематических характеристик движения без учета действующих на тело сил. Динамика рассматривает движения с учетом действующих на тело сил. В основе динамики лежат законы Ньютона, законы сохранения импульса и энергии.

Кинематические характеристики: координата, перемещение, путь, скорость, ускорение, время.

Координата – расстояние до начала координат.

Перемещение — вектор, проведенный из начального положения в конечное.

При прямолинейном движении (без изменения направления) модуль перемещения равен пройденному пути.

Путь – расстояние, пройденное телом при движении. Отcчитывается вдоль траектории.

Скорость по определению:

(м/c). (1)

Ускорение по определению:

(м/с²). (2)

В зависимости от характера скорости и ускорения различают следующие основные виды движения: равномерное прямолинейное, равноускоренное прямолинейное, сложные движения. При равномерном прямолинейном движении v = const,

тогда из (1) после интегрирования перемещение равно:

(3)

Начальное перемещение полагаем равным нулю. Модуль перемещения для этого движения есть путь,

S'=Vt. (4)

При равноускоренном прямолинейном движении

тогда из (2) после интегрирования получим закон скорости:

v = v₀ +at, (5)

где v₀ – начальная и v – конечная скорости.

С учетом (5) из (1) после интегрирования получим закон пути:

S= v₀t + at²/2 . (6)

Начальное перемещение полагаем равным нулю.

Если начальная скорость v₀ = 0, то (5) и (6) в скалярной форме переходят в соотношения:

v = at, (7)

S=at²/2, (8)

и их комбинацию

v = , (9)

которые и проверяются в данной работе.

Основным законом динамики поступательного движения является второй закон Ньютона:

(10)

где F – сила, действующая на тело; m – масса тела.

Этот закон можно записать и для тела, свободно падающего под действием силы тяжести:

(11)

где g – ускорение свободного падения, F – сила тяжести.

В работе изучается равноускоренное движение связанных грузов под действием силы тяжести и свободное падение.

Найдем ускорение движения под действием силы тяжести связанных между собой нитью, перекинутой через невесомый блок, двух одинаковых по массе m тел с дополнительным грузом m на одном из них (рис. 1).

Так как тела связаны, то их можно рассматривать как единое тело с массой 2m + m на которое действуют две силы (mg + mg) и mg, стремящиеся перемещать это единое тело в противоположных направлениях. Следовательно, их равнодействующая

F= mg + mg - mg = mg.

Согласно второму закону Ньютона (10)

a= (mg)/(2m + m). (12)

Рис. 1