Описание экспериментальной установки

Машина Атвуда состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса (1), узла блока (2), электромагнитного пускателя (3), грузов (4), приемного столика (5), подставки (6).

Корпус (1) с сантиметровыми делениями, градуированная часть которого составляет 860 мм, имеет на обратной стороне паз с двумя токоведущими шинами, через которые с помощью приемного столика включается счетчик-секундомер.

В нижней части корпуса имеются гнезда для подключения пускателя. Узел блока (2) состоит из блока диаметром 140 мм и кронштейна. По диаметру блока имеется проточка, по которой при проведении опыта с системой грузов перемещается нить. На боковой части блока проставлена его масса 109,9 г.

Электромагнитный пускатель (3) служит для пуска и остановки грузов (4).

Приемный столик (5) предназначен для разрыва цепи счетчика-секундомера и прекращения отсчета времени в момент удара грузом по чашке столика.

Движущая система состоит из двух грузов (4), соединенных нитью, каждый из грузов состоит из двух цилиндров с полостями для засыпки дроби при тарировке.

Измерения и обработка результатов

Задание 1.Проверка закона равноускоренного движения.

1. Проверьте правильность соединения машины Атвуда с секундомером и выпрямителем. Перед проведением опытов машину необходимо поставить в строго вертикальное положение с помощью ножек-винтов подставки. Для контроля установки машины в вертикальном положении служат грузы. Регулировка считается достаточной в том случае, если правый груз располагается в центре чашки приемного столика.

2. На правый груз положите перегрузок массой 4 г.

3. Установите систему грузов в нулевое положение. Включив выпрямитель, ВС-24М, подайте напряжение 4 – 6 вольт на электромагнитный держатель, тем самым фиксируя систему грузов в установленном положении.

4. Закрепите приемный столик на отметке S₃ = 0,8 м. Площадку приемного столика установите в крайнее верхнее положение.

5. Включите электросекундомер и установите на нулевую отметку.

6. Выключите выпрямитель. В результате освобождается нить с грузом, одновременно включается электросекундомер. В момент соприкосновения правого груза с площадкой приемного столика электросекундомер выключается.

7. Снимите показание электросекундомера.

8. Измерения повторите три раза.

9. Изменяя положение приемного столика (S₂ = 0,6 м;S₁ = 0,4 м), получите для различных расстояний разное время движения грузов, определяемое как среднее арифметическое из трех измерений при одном и том же значении расстоянияS.

10. Данные опыта занесите в таблицу 1.

Таблица 1

№ опыта
	t1, c	a1, м/c2	t2, с	a2, м/c2	t3, с	a3, м/c2
1
2
3
среднее

11. При одной и той же перегрузке ускорения системы будут одинаковыми. Поэтому должно выполняться соотношение: . Проверьте справедливость данного соотношения, вычислив ускорения движений грузов в зависимости от расстояний

12. Сделайте вывод по результатам выполненного задания.

Задание 2.Проверка второго закона Ньютона.

Если перекладывать перегрузки с одного груза на другой, то масса всей системы не изменится, но результирующая внешняя сила, приложенная к системе, будет меняться, а с ней и ускорение движения системы.

Для двух различных случаев имеем:

;; (1)

;. (2)

Делением этих выражений соответственно получаем:

(3) и(4)

Из выражения (3) получим:

. (5)

Сравнивая выражения (3) и (5), запишем:

. (5)

Выражение (5) подлежит проверке.

1. На правый груз положите перегрузок 10 г (8+2), на левый – 2 г. Результирующая внешняя сила, приложенная к системе:

г.

2. Определите при таком расположении перегрузков три значения для каждого из значенийS=0,4 м, 0,6 м, 0,8 м, и найдите средние значения для.

3. Перегрузок 2 г с правого груза переложите на левый.

г.

Масса системы остается постоянной. Определите три значения для тех же значенийS. Данные занести в таблицу 2.

4. Пользуясь формулой (5), вычислите соотношение через значениеSиt.

5. Составьте возможные комбинации из Sиtи произведите вычисления. Выражениядолжны быть примерно равны между собой и в данном случае близки к 2, т.к..

6. Переложите все перегрузки (2 + 2 + 8) на правый груз и произведите измерения времени для тех же значений S.г.

7. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 2.

Таблица 2

№

S1

t1

S2

t2

S3

t3

S1

t1

S2

t2

S3

t3

S1

t1

S2

t2

S3

t3

1

2

3

среднее знач.

4. Постройте график зависимости ускорения системы от действующей на систему силы при постоянной массе всей системы. Ускорение определяется по формуле .

5. Сделайте вывод по результатам выполненного задания.

Задание 3.

Для двух различных случаев при и изменяющейся массе системы имеем:

;; (6)

;. (7)

Делением этих выражений соответственно получаем:

(8) и. (9)

Сравнивая (7) и (8), можно записать:

(10)

Выражение (10) подлежит проверке.

1. Перегрузки 2 + 8 поместите на правый груз, перегрузок 2 г. на левый. Результирующая сила ,m= 8 г.

2. Проведите соответствующие измерения времени, находя среднее значение из трех измерений для каждого из трех значений S.

3. Путем развинчивания грузов уменьшите массу системы в 2 раза. Не изменяя значения внешней силы, определите средние значения времени для тех же значений S.

4. Полученные данные занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

№

mc1

mc2

S1

t1

S2

t2

S3

t3

S1

t1

S2

t2

S3

t3

5. Пользуясь формулой (8), определите отношение через значениеSиt, составив несколько комбинаций изSиt.

6. Постройте график зависимости ускорения от массы системы при

7. Сделайте вывод по результатам выполненного задания.