Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
23
Добавлен:
17.04.2013
Размер:
182.27 Кб
Скачать

5

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2.

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ

НА МАШИНЕ АТВУДА.

Цель работы: изучение законов равноускоренного движения.

Оборудование: стойка с вращающимся блоком и подвижными грузами, фотодатчики, электронный секундомер, шайбы-перегрузки, миллиметровая линейка.

Продолжительность работы: 4 ч.

Описание установки. Теоретическая часть.

Основу машины Атвуда составляет укрепленный на стойке блок с двумя грузами равной массы, подвешенными на концах перекинутой через него нити (см. рис.1). Система находится в равновесии. Чтобы привести ее в движение, на грузы помещают перегрузки– шайбы массой m.

Т1

0

T2

M1g

S M2g

X

Рис. 1. Схема установки.

Во время движения левый груз пересекает лучи света фотодатчиков. При пересечении луча верхнего фотодатчика миллисекундомер включается, а при пересечении луча нижнего фотодатчика выключается. Тем самым осуществляется измерение времени t прохождения грузом пути S между фотодатчиками. Для подготовки миллисекундомера к работе перед каждым измерением следует нажать кнопку ”Сброс”.

Найдем величину ускорения, с которым движутся грузы. Будем считать, что нить нерастяжима, и ее масса много меньше массы грузов. Кроме того, будем считать, что между блоком и нитью нет проскальзывания. Пусть масса каждого груза M , общее число перегрузков N, и на правом грузе находятся n0 перегрузков. Запишем для грузов с перегрузками второй закон Ньютона:

(1)

. (2)

Из условия нерастяжимости нити следует, что . В дальнейшем величину ускорения будем обозначать буквой a, т.е. .

Неодинаковость сил натяжения слева и справа обусловлена наличием трения между нитью и блоком.

Запишем для блока уравнение динамики вращательного движения:

, (3)

где J – момент инерции блока, R – его радиус, – угловое ускорение.

Поскольку между блоком и нитью нет проскальзывания, угловое ускорение блока и ускорение грузов a связаны соотношением:

. (4)

Из уравнений (3) и (4) следует, что

, (5)

где  - коэффициент пропорциональности, равный .

Пусть разность между количествами перегрузков на левом и правом грузах равна п. Нетрудно показать, что величины N, n и n0 связаны соотношением:

(6)

.

Решая совместно уравнения (1),(2),(5) и (6), получим:

. (7)

Анализируя это выражение, можно сделать следущие выводы.

Во–первых, ускорение грузов не зависит от времени, т.е. а = const, поэтому путь, пройденный грузами за время t , при условии, что их начальная скорость равна нулю, определяется выражением:

. (8)

Во–вторых, величина зависит только от параметров установки (массы грузов М, массы перегрузков т и их числа N), т.е.

. (9)

Экспериментальная часть.

В данной работе с помощью выражения (8) определяются ускорения грузов при различных значениях параметра п и проверяется справедливость утверждения (9).

Для проведения измерений на правый груз поместите один перегрузок, на левый – два перегрузка и правый груз опустите до упора и удерживайте в этом положении. Верхний фотодатчик установите в такое положение, чтобы тень от левого груза касалась верхнего края фотодатчика. Это соответствует движению с начальной скоростью, равной нулю.

Перемещая нижний фотодатчик, измерьте зависимость величины пройденного пути S от времени t (S должно принимать значения от 10см до 50см). Измерения проведите не менее чем для пяти значений величины S. Постройте график зависимости S от t2 и по угловому коэффициенту полученной прямой определите величину ускорения а .

Переложите перегрузок с правого груза на левый и повторите опыт. Рассчитайте для первого и второго опыта величины значений . Сравните эти значения.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

  1. ИРОДОВ И.Е. Основные законы механики. –М., Высшая школа, 1985, §1.1, 2.1–2.4.

2. САВЕЛЬЕВ И.В. Курс физики. –М., Наука, 1989, т.1, § 3,4,8.

электромагнит

винт плавного переме-

щения электромагнита

винт плавного переме-

щения электромагнита.

электромагнит

фотодатчики

Соседние файлы в папке Лабораторные работы