Методички / С.У. Гольденберг Изучение основного закона динамики поступательного движения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра физики

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 206 по курсу общей физики для подготовки студентов всех направлений

Рекомендованы к печати методической комиссией по направлению 550600 Протокол № 76 от 01.02.2000

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса КузГТУ

Кемерово 2000

1

Лабораторная работа № 206

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1. Цели работы: 1. Изучение законов динамики поступательного движения связанной системы грузов без учета силы трения при равноускоренном и равномерном движении.

2. Определение ускорения свободного падения и оценка погрешности опыта.

2. Оборудование: установка «Машина Атвуда» с электронным секундомером, набор грузиков .

3. Подготовка к лабораторной работе: изучить в учебнике [1]:

глава 1, § 3, глава 2, § § 5, 6, 7, 9; [2], § 1.3, 2.1 –

2.5; ответить на контрольные вопросы в конце методических указаний.

4. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Общий вид установки представлен на рис. 1. Машина Атвуда представляет собой два одинаковых цилиндра (1) массой М каждый, привязанные к концам нити, перекинутой через блок (2).

Если на правый цилиндр, находящийся у верхнего кронштейна (3), положить дополнительный груз (4), масса которого m, то система приходит в ускоренное поступательное движение. При прохождении правым телом среднего кронштейна (5), снабженного фотоэлектрическим датчиком и кольцом, дополнительный груз снимается с цилиндра и включается миллисекундомер. Дальнейшее движение механической системы происходит по инерции, и когда правый цилиндр доходит до нижнего кронштейна (6), тоже снабженного фотоэлектрическим датчиком, миллисекундомер выключается. Работа нижнего фотодатчика согласована с работой тормозного электромагнита, который с помощью фрикционной муфты удерживает блок и нить с цилин-

3

положением нижнего кронштейна.

Определив по шкале положение верхнего кронштейна Н2 и среднего кронштейна Н1, можно найти путь равноускоренного движения l = H2 − H1 и путь равномерного движения Н1.

5. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Рассмотрим силы, действующие на каждое из тел, входящих в

3) масса блока равна нулю, и сила трения в оси блока пренебрежимо мала, следовательно: F1 = F2 = F.

4

Начало координат свяжем с неподвижным верхним кронштейном, ось Х направим вертикально вниз. Уравнения (1), с учетом сделанных допущений в проекции на ось Х, примут вид:

Mg − F = − Ma ,

Можно найти скорость в момент прохождения среднего кронштейна

5

6. ПОРЯДОК РАБОТЫ НА УСТАНОВКЕ

6.1. Установите нижнее основание правого цилиндра на уровне горизонтальной отметки верхнего кронштейна. Включите сетевой шнур установки в сеть и нажмите клавишу «Сеть». При этом включается тормозной электромагнит и тела удерживаются в заданном положении.

6.2.Положите на правый цилиндр дополнительный груз и нажмите клавишу «Пуск» – тормозной электромагнит отключается, тела приходят в движение. При пересечении правым телом светового луча в среднем кронштейне начинается отсчет времени равномерного движения, а при пересечении луча света в нижнем кронштейне отсчет времени прекращается, одновременно включается электромагнит.

6.3.Нажмите на клавишу «Сброс», при этом происходит обнуление показаний микросекундомера и отключение электромагнита, что позволяет вновь привести систему в исходное состояние.

6.4.Отожмите клавишу «Пуск», при этом включается электромагнит и механическая система фиксируется в исходном состоянии. Далее последовательно повторите пункты 2, 3 и 4.

Паспортные данные установки

Диапазон измерения времени (0 99,999) с.

Погрешность определения длины пути равномерного и равноускоренного движения ± 1мм. Рабочая погрешность измерения времени не более ± 0,02% . Рабочая погрешность определения земного ускорения не более 15% .

7. ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Задание 1. Тщательно ознакомьтесь с теоретической частью работы. Выведите формулы (3), (4), (6).

Задание 2.

2.1. Проведите необходимые измерения времени для пяти разных грузов (грузы используются по одному и в наборе). Опыт с каждым

6

грузом повторите три раза, вычислите среднее значение времени и используйте его в расчетах. Результаты измерений занесите в табл. 1.

2.2. Вычислите аТ и аэ по формулам (3) и (6).

2.3. Объясните расхождение между аТ и аэ, вспомните, какие предположения были сделаны при выводе формулы (3). Найдите

2.4.Найдите вес тел массами М и (М+m) до и после снятия перегрузка, учитывая формулу (2*).

2.5.По формуле (7) найдите gэ , сравните его значение с таб-

Относительную погрешность косвенных измерений аэ найдите по формуле

закон динамики в векторной форме для каждого из тел массами М и

(М + m).

4. При каком условии а1 = а2 = а ?

5.Для чего делается предположение о невесомости нити?

6.Какие изменения в решении задачи следует внести, если учитывать массу блока, силу трения в оси блока?

7. Каким будет движение тел, если Fтр. ≠ 0 и m = 0 ?

8.Как зависит время равномерного движения тел от положения среднего кронштейна?

9.Зависит ли ускорение движения тел в «Машине Атвуда» от широты местности, где находится установка? Почему?

ТЕМА ДЛЯ УИРС Исследовательское задание

Разработайте методику измерения ускорения свободного падения, учитывающую силу трения в оси блока и массу блока в установке «Машина Атвуда».

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Трофимова Т.И. Курс физики.–М.: Высш. шк., 1990. – 478 с. 2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.–М.: Высш. шк.,

1989.– 608 с.

9

СОСТАВИТЕЛИ

Суя Ушеровна Гольденберг Галина Борисовна Исаева Людмила Григорьевна Соколова

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Методические указания к лабораторной работе № 206 по курсу общей физики для подготовки студентов всех направлений

Кузбасский государственный технический университет. 650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 А.