“ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ НА УСТАНОВКЕ АТВУДА”

Цель работы: Исследовать зависимость пути и скорости от времени для равноускоренного движения и проверить опытным путем справедливость второго закона Ньютона.

.

Приборы и принадлежности: Установка Атвуда, набор грузов, секундомер

Теория.

Известны следующие зависимости для равноускоренного движения без начальной скорости:

1. 

2. 

Следовательно, мгновенные скорости равноускоренного движения пропорциональны времени: ;;; а пути пропорциональны квадрат времени: ;;

Из второго закона Ньютона , где - результирующая всех сил, действующих на тело, следует, что при ускорение тела (системы тел)пропорционально действующей силе: .

Если же сила постоянна (), то ускорение тела (или системы тел) обратно пропорционально массе: .

Эти закономерности и исследуются в данной работе на установке атвуда.

Описание установки.

Установка состоит из вертикальной рейки со шкалой, на которой в любом положении закрепляются две полочки: сплошная и с кольцевым отверстием (рис. 1). В верхней части рейки имеется легкий блок , через который переброшена практически упругая и нерастяжимая нить с двумя грузами одинаковой массы ().

Если на груз положить перегрузок , то равновесие системы груз-нить будет нарушено и она начнет двигаться с некотторым ускорением . Опредеим его следующим образом (рис. 2).

На каждый из грузов действуют две силы: вес и сила реакции нити . Выберем произвольно направления движений грузов( и ).

Будем считать нить невесомой, скользящей по блоку без трения. (Массой и вращением блока пренебречь). В этом случае ее натяжение одинаково по всей длине

т.к. нить практически нерастяжима, то ускорения грузов одинаковы по величине.

Запишем второй закон Ньютона для каждого из грузов в виде .

спроектируем полученные уравнения на направления движений и , при этом векторы, совпадающие с направлением движения, будем считать положительными, а несовпадающие – отрицательным.

Так как , то

но ;.

.

Решая это уравнение относительно , получим .

Задание 1 Исследование зависимости пути от времени при постоянном ускорении.

1. Укрепляют сплошную полочку на некотором расстоянии , от основания верхнего груза .

2. Кладут на груз такой перегрузок , чтобы он и груз могли пройти через кольцевое отверстие полочка , установленной произвольно. При этом удерживают груз так, чтобы система оставалась неподвижной.

3. Опускают груз одновременно включают секундомер. Система приходит в движение.

4. В момент удара груза о полочку секундомер выключают и записывают его показания .

Опыт повторить 3-4 раза и найти среднее._ср.

5. Все действия, указанные в пунктах 1-4 повторяют еще для двух положений полочки относительно груза (расстояния - и ) и находят соответствующие средние показания секундомера _ср и _ср. Данные измерений заносят в таблицу 1,

7, Сравнивая соотношения:

и ; и ; и ;

сделать вывод.

S, см	t1, с	t2, с	t3, с	<t>, с
100
130
160

Задание 2 Исследование зависимости скорости от времени при постоянном ускорении.

1. Установить кольцевую полочку на расстоянии от основания груза .

2. Сплошную полочку закрепить на расстоянии от кольцевой полочки.

3. Положить на груз такой перегрузок , чтобы он не проходил через кольцевое отверстие в . Систему при этом удерживают в равновесии.

4. Пропустить удерживаемый груз и одновременно включить секундомер. Отметить время от начала движения груза до снятия перегрузка при прохождения через кольцевое отверстие. Опыт повторить 3-4 раза в найти .

5. Повторить этот же опыт, но отметить теперь время движения груза от кольцевой полочки ( до момента снятия перегрузки ) до сплошной полочки ( до момента ударе о ).

Опыт повторить 3 раза и найти .

6. Определить мгновенную скорость , движения груза . в момент соприкосновения его с кольцевой полкой. Поскольку эта скорость равна скорости дальнейшего равномерного движения груза без перегрузка , то она рассчитывается по формуле:

где - высота груза.

7. Повторить действия, указанные в пунктах 1-6 для двух других расстояний и , и , Данные занести в таблицу 2.

Сравнивая соотношения:

и ; и ; и ;

сделать вывод.

S

S*

t1

t2

t3

<t>

t*1

t*2

t*3

<t*>

V

100

130

160

Задание 3. Проверка второго закона Ньютона.

1. Взвесить перегрузки и

2. На груз поместить меньший перегрузок, а на груз второй перегрузок (>) Систему при этом удерживать в равновесии.

3. Установить сплошную полочку на некотором расстоянии от основания груза . Кольцевую полочку устанавливают при этом на произвольном расстоянии.

4. Опустив груз, включить секундомер, отметить время движения груза до сплошной полочки . Опыт повторить 3 раза и найти

5. Вычислить ускорение движения системы:

6. Оба перегрузка и поместить на груз .

Все действия, указанные в пунктах 1-5, повторить. Вычислить ускорение .

7. Вычислить движущие систему силы:

и

8. Проверять равенство отношений:

Вcе результаты занести в таблицу 3.

9. Сделать выводы.

S, см	t1 с	t2, с	t3, с	<t>, с	a, м/с2	F, Н
90
90

Контрольные вопросы.

1. Что называется перемещением? Мгновенной и средней скоростью? Как рассчитываются мгновенная и средняя скорости?

2. Что называется ускорением? Назовите составляющие полного ускорения. По каким формулам они рассчитываются?

3. Получите Уравнения равномерного и равнопеременного прямолинейного движения. Проиллюстрируйте их графически и объясните физический смысл графиков.

4. Сформулируйте законы Нъютона и объясните их графически и объясните физический смысл . Дайте понятия силы и массы.

5. Приведите примеры составления уравнений движения тел по 2 закону Ньютона.