Методика эксперимента

Машина Атвуда схематически на рис.1. Она представляет собой закрепленную на основании вертикальную стойку, на которой укреплены три кронштейна: неподвижный нижний и два подвижных кронштейна - верхний и средний, а также верхняя втулка, с закрепленными на ней блоком и электромагнитом.

Блок радиусом R=(40,00,3)мм имеет момент инерции J относительно оси вращения равный J=(94,70,5)гсм². Через блок перекинута нить, на концах которой закреплены грузы с массой M=(60,000,10)г. Нетрудно определить, что эквивалентная масса груза, равная M₀=M+J/2R², имеет значение M₀=(62,960,11)г. Система блока с грузами удерживается в состоянии покоя при помощи фрикционной муфты электромагнита.

Верхний и средний кронштейны можно перемещать вдоль стойки и фиксировать в любом положении. Тем самым можно установить суммарную длину пути S и длину свободного перемещения H. Величины S и H отсчитываются по миллиметровой шкале, находящейся на вертикальной стойке. Для удобства кронштейны имеют указатель положения, а верхний кронштейн имеет также дополнительную черту, облегчающую точное согласование нижней грани правого груза с определенным началом пути движения. Точность отсчета величин S и H составляет 1мм.

На правом грузе могут помещаться перегрузки, имеющие форму кольца с прорезью. Масса m этих перегрузков обозначена на них самих. Она имеет точность 0,05г. Кольцевые перегрузки снимаются с основного груза простым устройством, закрепленным на среднем кронштейне. На нем же укреплен фотоэлектрический датчик, который формирует электрический сигнал, запускающий секундомер в момент снятия кольцевого перегрузка, то есть он сигнализирует о начале свободного движения системы. Оптическая ось фотодатчика (черта на его корпусе) находится на уровне указателя положения среднего кронштейна.

Свободное движение системы завершается ударом о резиновые амортизаторы нижнего кронштейна, на котором также расположен фотодатчик, имеющий оптическую ось на уровне указателя положения кронштейна. При пересечении нижней гранью груза оптической оси фотодатчика вырабатывается электрический импульс, останавливающий секундомер. Тем самым фиксируется время прохождения расстояния H.

Цифровой миллисекундомер, к входам которого подключены фотодатчики, укреплен на том же основании, что и вертикальная стойка. Он может измерять промежутки времени от 0 до 99,999 секунд с относительной погрешностью 0.02%. На лицевой панели миллисекундомера расположены три управляющие клавиши - СЕТЬ, ПУСК, СБРОС. После подключения секундомера к сети нажатия клавиши СЕТЬ схема сброса нуля устанавливает прибор в начальное состояние, обнуляя декады счетчика времени. При этом на электромагнит подается напряжение, и он фиксирует систему блока и грузов. При нажатии клавиши ПУСК происходит отключение напряжения питания от электромагнита. В момент пересечения нижним основанием груза оптической оси фотодатчика формируется импульс, который обеспечивает подключение к счетчику времени эталонного кварцевого генератора с высокостабильной частотой, равной 1Мгц. До тех пор пока не придет сигнал с нижнего фотодатчика, счетчик подсчитывает число импульсов кварцевого генератора. Сигнал с нижнего фотодатчика отключает эталонный генератор от счетчика времени, показания которого высвечиваются на световом табло. При этом вновь включается питание электромагнита. Нажатие клавиши СБРОС устанавливает миллисекундомер в начальное состояние.

Таким образом, выбрав некоторую длину S, можно, перемещая средний кронштейн, снять зависимость t от H при фиксированном значении массы кольцевого перегрузка. Эта зависимость и подвергается дальнейшей обработке с целью определения величины ускорения свободного падения.