ЛАБ.РАБ / lab_2
.pdf
Лабораторная работа ¹ 2.
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА.
I. Цель работы: Определение опытным путем ускорения свободного падения.
|
|
|
Íà |
II. |
Описание |
установки. |
||||
|
3 |
|
вертикальной |
колонне |
1, |
|||||
|
|
закрепленной |
в основании 2 |
â |
||||||
|
|
|
верхней |
åå |
|
части, |
|
подвешен |
||
|
5 |
|
ролик |
3, |
|
через |
|
который |
||
|
|
|
перекинута нить с привязанными |
|||||||
S1 |
4 |
|
грузами |
4. |
Колонна |
снабжена |
||||
|
6 |
тремя кронштейнами. Верхний 5 |
||||||||
|
|
и средний с кольцом 6 |
||||||||
|
|
|
||||||||
S2 |
7 |
|
кронштейны можно перемещать |
|||||||
|
вдоль нее и фиксировать в любом |
|||||||||
1 |
|
|||||||||
|
|
|
положении, устанавливая таким |
|||||||
4 |
|
|
образом |
|
|
длину |
ïóòè |
|||
8 |
|
равноускоренного |
|
(S1 ) |
è |
|||||
9 |
|
|
равномерного |
(S2 ) |
|
движений |
||||
|
|
|
2 системы грузов. На среднем и |
|||||||
|
|
|
нижнем |
кронштейнах |
имеются |
|||||
|
|
|
фотоэлектрические датчики 7 и 8 |
|||||||
|
|
|
фиксирующие |
время |
начала |
è |
||||
|
|
|
конца равномерного |
движения |
||||||
|
|
|
грузов. |
 |
основании |
прибора |
||||
|
|
|
расположен миллисекундомер 9. |
|||||||
Колонна снабжена шкалой.
III. Методика измерений и расчетные формулы.
Через ролик массой mð , радиусом r подвешены на невесомой нити два груза (правый и левый) массой m0 каждый. Следовательно, система находится в равновесии.
Если на правый груз положить перегрузок m, то система получит ускорение, и, передвигаясь с этим ускорением, пройдет равноускоренно путь S1 . На кольце перегрузок m снимается и грузы пройдут теперь уже равномерно путь S2 .
2
На основании второго закона Ньютона (без учета сил трения) уравнения движения грузов в проекции на ось Y будут
иметь вид: |
( m0 + m) g -T1 |
= ( m0 + m)a |
|
||||||
для правого груза |
(1) |
||||||||
для левого груза |
T2 - m0 g = m0 a |
a |
(2) |
||||||
для ролика |
(T -T |
|
)r = |
mð ×r 2 |
(3) |
||||
2 |
|
|
× |
|
|
||||
|
|
|
|
||||||
|
1 |
|
|
2 |
|
r |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
ãäå T1 è T2 - силы натяжения нитей.
Из уравнений (1)- (3) можно найти линейное ускорение
грузов: |
mg |
|
|
a = |
(4) |
||
. |
2m + m + mð |
|
0 |
|
2 |
|
Скорость перемещения грузов в момент снятия перегрузка |
|
равна: |
|
v = 2aS1 , |
(5) |
ãäå S1 - путь равноускоренного движения правого груза с перегрузком.
С этой скоростью система продолжает движение и
проходит путь S2 , поэтому: |
|
||||||||
v = |
S2 |
. |
|
|
|
|
|
(6) |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
t |
|
|
|
|
|
|||
Решая совместно уравнения (4) - (6), найдем ускорение |
|||||||||
свободного падения: |
|
|
|
|
|
||||
|
æ |
|
|
m |
ð |
ö |
2 |
|
|
|
ç |
2m + m + |
|
÷S |
|
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
||||
|
ç |
0 |
|
|
÷ |
|
|
||
g = |
è |
2 |
ø |
|
. |
(7) |
|||
|
|
2mS1 t 2 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
IV. Порядок выполнения работы.
1.Установить кронштейн с кольцом примерно в середине шкалы и записать значение пути S1 è S2 .
2.Нажать кнопку "Сеть".
3.Нажать кнопку "Пуск" и установить левый груз в крайнее нижнее положение.
3
4.Отжать кнопку "Пуск", при этом нить будет зажата электромагнитом.
5.На правый груз положить один из перегрузков.
6.Нажать кнопку "Пуск". При этом на участке равномерного движения осуществится отсчет времени движения.
7.Записать показания миллисекундомера.
8.Нажать кнопку "Сброс" и привести систему в исходное положение.
9.Повторить п.п. 3-8 не менее 3-х раз для каждого перегрузка .
10.Передвинуть средний кронштейн ниже предыдущего положения на 2, а затем на 3 см. Повторить п.п. 3-8 для каждого перегрузка.
V. Таблицы результатов измерений. |
|
|
|
|
||||||||
1. Данные установки: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Масса груза : |
|
m0 |
= 60 ã; Dm0 = 0,01 ã. |
= 10 ã |
||||||||
Масса перегрузков : m1 |
= 5 ã; |
m2 = 6 ã; |
|
m3 |
||||||||
|
|
|
|
Dm1 = Dm2 = Dm3 |
= 0,01 ã |
|
||||||
2. Измерение перемещений. |
|
|
|
|
|
|
||||||
S1 = |
; |
|
S2 = |
|
; |
|
|
|
|
|
||
DS1 = DS2 |
= 1ìì |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. Измерение времени. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
¹ опыта |
|
m1 |
|
|
|
m2 |
|
|
m3 |
|||
|
t1 |
|
Dt1 |
|
t2 |
|
Dt2 |
|
t3 |
|
Dt3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
значение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
( t )ï ðèá . = 5×10-4 ñ.
4
Расчет:
4. Для каждой новой пары значений S1 è S2 заполняется
таблица, аналогичная предыдущей. |
|
|
|||||||||||||||||||
VI. Обработка результатов опытов. |
|
|
|||||||||||||||||||
1. |
По формуле (7) рассчитать g для каждого опыта, |
||||||||||||||||||||
используя среднее значение времени. |
с истинным |
||||||||||||||||||||
2. |
Сравнить полученные |
значения g |
|||||||||||||||||||
( g = 9,81 ì / ñ2 ) и найти eg |
= |
|
|
gýêñï |
- gèñò |
|
|
×100%. |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
gèñò |
|
|
||||||||||
Рассчитать погрешность Dg для каждого опыта, |
|||||||||||||||||||||
используя формулу: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Dg |
= |
2 ×Dm0 + Dm |
+ |
2 ×DS2 |
+ |
Dm |
+ |
DS1 |
+ |
2 ×Dt |
. |
|||||||||
|
g |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
2 ×m0 + m |
S2 |
m S1 |
t |
||||||||||||||||
4. Провести расчеты по п.п. 1-3 для каждой пары значений
S1 è S2 .
5.Записать окончательный результат измерений в виде: g = L ± L
6.Объяснить полученные результаты и сделать вывод о качестве проведенного эксперимента.
Контрольные вопросы.
1.Сформулируйте законы Ньютона. Каков физический смысл массы и силы ?
2.От чего зависит натяжение нити при движении системы в данной работе?
3.Покажите, что ускорение свободного падения не зависит от массы падающего тела.
4.От чего зависит ускорение свободного падения?
5.Какие Вы знаете методы определения ускорения свободного падения?
6.Поясните вывод рабочей формулы (7).