Работа 101

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА

Цель работы. Изучение законов равноускоренного движения.

Введение

Машина Атвуда (см. рис. 1) состоит из укрепленного на штативе 5 блока 2, через который перекинута нить с подвешенными на ней одинаковыми грузами 1 и 4. Масса этих грузов может быть увеличена добавочными небольшими грузами (перегрузками) 3. Если на груз массы m положить перегрузок с массой m₁, то вся система начнется двигаться равноускоренно.

На груз 1 и груз 4 с перегрузком 3 будут действовать две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. При этом если масса блока невелика по сравнению с m, и трение мало, 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 записать

(m  m₁)a  (m  m₁)g  T

ma  mg  T, (1)

где – a ускорение системы, T – натяжение нити, g – ускорение свободного падения. Решение этих уравнений дает величину натяжения нити и величину ускорения:

T  gm, (2)

a  g. (3)

Отсюда

g  a. (4)

Порядок выполнения работы

1. Перекинуть через блок 2 нить с двумя грузами 1 и 4 убедиться, что система находиться в равновесии.

2. Установить кронштейн с фотодатчиком 6 в нижней части шкалы вертикальной стойки. Фотодатчик расположить так, чтобы правый груз при движении вниз проходил в центре рабочего окна фотодатчика. За нижнее положение груза берется риска шалы, соответствующая риске на корпусе фотодатчика и являющаяся продолжением оптической оси фотодатчика, которую пересекает движущийся груз. Установить правый груз в крайнем верхнем положении.

3. Положить на правый груз один из перегрузков 3. Нажать на кнопку «ПУСК» блока. Происходит растормаживание электромагнита, правый груз начинает опускаться, и таймер блока начинает отсчет времени. При пересечении правым грузом оптической оси фотодатчика отсчет времени прекратится. Записать в таблицу показания таймера, т.е. время движения грузов.

4. Определите по шкале пройденный грузом путь, как расстояние от нижней плоскости груза (в верхнем положении) до оптической оси фотодатчика.

5. Зная пройденный путь и время движения, определяем значение ускорения: a  2S/t², где S – путь, пройденный каждым грузом, t – время движения грузов.

6. Повторить измерения 4 – 5 раз, изменяя высоту подъема груза в верхнем положении. Найти среднее значение ускорения грузов.

7. Повторить измерения по пп. 2 – 6 с другим перегрузком.

8. Определить ускорение свободного падения по формуле (4).

9. Найти погрешность определения ускорения свободного падения по формуле:

Δg  , где Δg_i  g_СР – g_i .

Таблица

№	m1 (кг)	h (м)	t (с)	a (м/с2)	g (м/с2)	gСР (м/с2)
1
2
…
5
1
2
…
5

Контрольные вопросы

1. Что называется мгновенной скоростью?

2. Что такое «материальная точка»?

3. Начертить графики скорости, пути, ускорения для равномерного движения, равноускоренного движения, равнозамедленного движения.

4. Что представляет собой машина Атвуда?

5. Получить выражение для определения ускорения свободного падения на основании второго закона Ньютона.

6. Какие системы отсчета называются инерциальными?

7. Что называется «массой тела»?

Список литературы

1. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2000.

2. Савельев И.В. Курс общей физики: В 3-х т. Т. 1. М.: – Наука, 1987.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа. – 2000.

4. Селезнёв В.А., Тимофеев Ю.П. Методические указания к вводному занятию в лабораториях кафедры физики. – М.: МИИТ, 2006.

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ

по дисциплине «Физика»

Работы 1, 3, 60, 78, 101, 103

МОСКВА  2007