Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1 семестр / molekulyarka_i_mekhanika_fizika_2015-16 / Лаб. раб. №1.2а исправлена 20_11_14

.doc
Скачиваний:
30
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
71.17 Кб
Скачать

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.2а

«ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА»

I. Цель работы: Определение опытным путем ускорения свободного падения.

II. Описание установки.

Общий вид установки представлен на рис.1. Основание установки снабжено тремя регулируемыми опорами и уровнем, а также зажимом, в котором закреплена вертикальная стойка 1. Стойка имеет миллиметровую шкалу и визир. На вершине стойки закреплен кронштейн с блоком 2, через который перекинута нить с подвешенными на ней наборными грузами 3 и 4. Каждый из этих грузов состоит из основного груза и разновесов. В нижней части установки имеется фотодатчик 6. В комплект установки также входит блок электронный ФМ-1/1 (на рис.1 не показан).

III. Методика измерений и расчетные формулы.

Грузы подвешены на нити, перекинутой через шкив, при этом на каждый из грузов две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. Если массы левого (m1) и правого (m2) грузов одинаковы, то система находится в безразличном равновесии. Если массы грузов различны (например, правый груз тяжелее левого, см. рис.1), то система придет в равноускоренное движение. При этом, если масса блока невелика по сравнению с массой грузов и трение в оси блока несущественно, то раскручивание блока практически не требует приложения к нему крутящего момента, и силы натяжения нити по обе стороны блока равны друг другу. На основании второго закона Ньютона можно написать:

для левого груза: ; (1)

для правого груза: . (2)

где а – ускорение системы, Т — сила натяжения нити, g - ускорение свободного падения, m1 – масса легкого груза, m2 – масса тяжелого груза.

Складывая уравнения (1) и (2), получим:

,

откуда выразим ускорение свободного падения:

. (3)

Величину a можно определить с использованием измеренных значений высоты падения тяжелого груза h и времени падения t по формуле:

. (4)

IV. Порядок выполнения работы.

1. Получить у преподавателя требуемые значения масс грузов. Значение m1 задается из ряда 50-130 г с шагом 10 г. Для заданного значения m1 определяется три значения m2: на 10, 20 и 30 г больше, чем m1.

2. Установить основание строго горизонтально при помощи регулировочных опор и уровня.

3. Снять с грузов все разновесы, перекинуть нить с грузами через блок и убедиться, что система находится в положении безразличного равновесия.

4. Установить кронштейн с фотодатчиком в нижней части шкалы вертикальной стойки, а фотодатчик расположить таким образом, чтобы правый груз при движении вниз проходил в центре рабочего окна фотодатчика Установить правый груз в крайнем верхнем положении.

5. Набрать требуемые массы грузов.

6. Включить блок электронный ФМ-1/1, нажать «Сброс». При этом должен сработать электромагнитный тормоз.

7. Измерить координату нижней плоскости правого груза в верхнем положении с помощью шкалы на стойке и визира, измерить координату оптической оси фотодатчика. Определить высоту падения грузов.

8. Нажать на кнопку «Пуск» блока. При этом происходит растормаживание электромагнита, правый груз начинает опускаться, и таймер блока начинает отсчет времени. При пересечении правым грузом оптической оси фотодатчика отсчет времени останавливается. Записать время движения грузов в таблицу 2.

9. Определить по шкале пройденный грузом путь S, как расстояние от нижней плоскости правого груза в верхнем положении до оптической оси фотодатчика.

10. Не меняя первоначальной высоты груза, повторить опыт 3 раза.

11. Повторить измерения по пп. 5 – 10 для всех комбинаций масс грузов.

V. Таблицы результатов измерений.

1. Данные установки:

Масса наборного груза: m0 = 150 г, Δm0 = 1 г.

Масса основного груза: m0 = 50 г, Δm0 = 0.5 г.

Массы разновесов:

mр1 = 10 г, Δmр1 = 0.1 г;

mр2 = 20 г, Δmр1 = 0.2 г;

mр3 = 50 г; Δmр3 = 0.5 г.

Диаметр шкива: 70 мм.

2.Измерение высоты и времени движения грузов.

h = ________ мм, Δh = _________ мм.

Комбинации масс грузов:

1) m1 = ________ г, Δm1 = __________ г;

m2 = ________ г, Δm2 = __________ г;

2) m1 = ________ г, Δm1 = __________ г;

m2 = ________ г, Δm2 = __________ г;

3) m1 = ________ г, Δm1 = __________ г;

m2 = ________ г, Δm2 = __________ г;

Примечание: погрешность массы груза в сборе равна сумме погрешностей масс основного груза и разновесов.

Таблица 2.

Δtприб. = 5·10-4 с.

VI. Обработка результатов опытов.

1. Для каждой серии измерений рассчитать значение ускорения и его погрешность:

.

2.По формуле (3) рассчитать ускорение свободного падения.

3.Рассчитать погрешность ускорения свободного падения по формуле:

.

4.Записать окончательный результат измерений в виде.

.

5.Сравнить полученное значение g c истинным значением (gист. = 9,81 м/с2), определить отклонение опытного значения от истинного:

.

6. Сделать вывод о проделанной работе.

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.Какие Вы знаете методы определения ускорения свободного падения?

4.Поясните вывод формул (3) и (4).

3