ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Кафедра «Общая и теоретическая физика»

Потемкина Л.О.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №12

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДИНАМИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА

Тольятти 2007

2

Цель работы

Определение ускорения при равноускоренном движении, оценка значений сил трения покоя и скольжения, на основании второго закона Ньютона и основных принципов динамики.

Оборудование

•машина Атвуда,

•грузы различных масс,

•секундомер.

Этапы выполнения лабораторной работы

1.тест по теории и методике данного эксперимента, рассчитанный на 15 мин;

2.эксперимент и заполнение бланка отчёта в электронном виде, рассчитанные на 1 ч. Допуск к последующему этапу осуществляется только по выполнении предыдущего этапа.

Для успешного выполнение лабораторной работы вы должны знать и уметь:

• отвечать на контрольные вопросы в конце этого пособия;

• рассчитывать ускорение и силу трения;

• рассчитывать среднее значение и его ошибку для величины, измеряемой в эксперименте;

• рассчитывать погрешность величины, определяемой по формуле;

• работать на компьютере в EXEL (иметь минимальные навыки).

Литература для предварительной подготовки

1. И.В. Савельев. Курс общей физики. том 1. Любое издание. Главы I – III.

Описание экспериментальной установки

3

Изучение законов динамики поступательного движения производится на машине Атвуда. Машина Атвуда состоит из вертикальной штанги 2 со шкалой, сверху которой установлен легкий блок, укрепленный на корундовых подшипниках, способный вращаться с незначительным трением. Через блок перекинута тонкая капроновая нить с подвешенными грузами 3 одинаковой массы m. Положение грузов фиксируется при выключенном секундомере электромагнитной защелкой 4: включение секундомера одновременно выключает электомагнит и нить с грузами освобождается. На штанге крепится приёмный столик 5, ограничивающий падение грузов и размыкающий электрическую цепь секундомера. Для приведения столика в рабочее состояние подтолкните снизу сердечник столика. Перегруз 6 массы m1, под действием которого грузы приходят в движение, кладётся на тот груз, на стороне которого находится приёмный столик.

Программа эксперимента

1.Проследить, чтобы оба провода электросекундомера были подключены к одной клемме.

Определение ускорения при равноускоренном движении

2.Установить столик на высоте от 40 до 80 см.

3.Поставить перегруз на правый груз.

4.Установить нужную высоту падения h правого груза над столиком: высота падения грузов измеряется от нижнего края правого груза до верхнего положения приёмного столика.

5.Включить секундомер, что одновременно освободит грузы от фиксации магнитной защёлкой, и снять отсчёт времени t по окончании движения.

6.Повторить 10 раз процедуры 4.-5., каждый раз для разной высоты, равномерно распределённой между минимальным и максимальным значениями. Таким образом вы получите 10 пар значений t и h.

7.Рассчитать ускорение a по формуле (4) (ниже) для каждой пары t и h. Найти для этого набора значений a среднее значение и оценку его ошибки. (При этом можно использовать средства EXEL.).

Оценка сил трения, действующих в установке

8.Передвигая приёмный столик и правый груз установить высоту падения h0 груза над столиком: высота падения грузов измеряется от нижнего края правого груза до верхнего положения приемного столика. Эта высота предоставляется вам в электронном бланке отчёта во время эксперимента, она должна быть постоянной на этом этапе опытов.

9.Поставить перегруз выбранной массы m1 на правый груз.

10.Включить секундомер, что одновременно освободит грузы от фиксации магнитной защёлкой, и снять отсчёт времени t по окончании движения.

11.Повторить 10 раз процедуры 9.-11., каждый раз для разной массы m1 и одной и той-же высоты. Таким образом вы получите 10 пар значений t и m1 для фиксированной высоты h0.

12.Рассчитать ускорения a и aтеор по формулам (4) и (3) (ниже) для каждой пары t и m1. Массы m левого и правого грузов (равные) и масса блока mбл обозначены на лабораторной установке.

13.Построить по этим данным графики зависимостей a(m1) и aтеор(m1).

14.Используя эти данные и графики, определить силы трения скольжения Fтр ск и покоя Fтр п по формулам (5) и (6) соответственно. Значение силы трения скольжения вычислить для каждого измерения, найти среднее значение силы и оценку его ошибки.

15.Заполнить электронный бланк отчёта. В выводах указать результаты вашего эксперимента, с пояснением всех ваших символов. Обязательно приводить (в выводах) ошибки полученных значений (если они определялись согласно программе) и размерности величин. Дать анализ результатов: их физический смысл, согласуются ли они с теоретическими ожиданиями, если нет, то каковы возможные причины расхождения, анализ зави-

4