Измерение ускорения свободного падения
Исследование динамики движения грузов в приборе Атвуда дает возможность использовать ее для экспериментального измерения ускорения свободного падения.
Для этого необходимо, чтобы грузы и имели равную массу М и иметь один дополнительный груз массой m.
Если на одном конце нити подвешен груз массой М, а на другом груз
М + m, то
из начального состояния покоя грузы
проходят равноускоренно путь
- вплоть до момента, когда дополнительный
груз исключается из системы 3-х движущихся
тел.
После этого система двух грузов массой М начнет двигаться равномерно
со скоростью V.
Из формулы (7) следует, что ускорение трех грузов на пути равно:
.
(8)
Из формул для описания прямолинейного равноускоренного движения следует, что за время прохождения пути с ускорением грузы приобретают скорость:
.
(9)
Участок пути равномерного движения длиной S грузы проходят со скоростью, которая определяется выражением (9). Следовательно:
V = S / t . (10)
Объединяя формулы (8) – (10), можно получить формулу для вычисления значения ускорения свободного падения:
. (11)
Эту формулу используют при экспериментальном измерении ускорения свободного падения.
Порядок выполнения работы
1. Наложить на блок 6 нить с грузом 8 и подвесить груз (рис. 1).
2. Проверить вертикальность колонки 2 прибора, сравнивая ее с вертикальным участком нити от блока к грузу. При необходимости добиться вертикальности за счет регулирования высоты опор 7.
3. Выбрать путь равноускоренного движения l как расстояние между контрольными линиями на кронштейнах 4 и 5. Измерить расстояние l с помощью шкалы на колонке; значение занести в таблицу 1-1.
Таблица 1-1
-
l
S
№ наблюдения
t
1
2
3
4
5
tср =
4. Выбрать путь равномерного движения грузов S как расстояние между.
контрольными линиями на кронштейнах 3 и 4. Измерить расстояние S с помощью шкалы на колонке; значение занести в таблицу 1-1.
5. Нажать клавишу “Сеть”, проверить - все ли индикаторы секундомера высвечивают ноль и светят ли лампочки обоих фотоэлектрических датчиков.
6. Переместить правый груз 9 в верхнее положение, положить на него дополнительный груз 11. Совместить нижний торец правого груза с чертой, нанесенной на верхнем кронштейне.
Отжать клавишу “Пуск” и проверить, заблокировалось ли вращение блока.
7. Нажать клавишу “Пуск”. В результате должно начаться движение системы грузов; после прохождения кронштейна 10 должен включиться секундомер, секундомер должен зафиксировать время t после прохождения кронштейна 3.
8. Значение времени t занести в таблицу 1-1 как результат первого наблюдения.
9. Повторить операции по п. 5 – 8 еще 4 раза. В таблицу 1-1 занести значения времени t для 2 -5 го наблюдений.
10. На основании таблицы 1-1 рассчитать среднее для серии наблюдений значение времени - tср по формуле:
,
(11)
где:
n – число наблюдений;
9 от дополнительного груза 11 (в виде кольца), обеспечивающего равноускоренное движение системы из трех грузов. После задержки груза 11 втулкой кронштейна 10 грузы 8 и 9 движутся равномерно.
Кронштейны 4 и 5 можно перемещать вдоль колонки и фиксировать на любом уровне, задавая, таким образом, значения длин равноускоренного и равномерного движения системы грузов. Значения этих длин измеряются с использованием миллиметровой шкалы 13, смонтированной на колонке 2.
На нижнем кронштейне 3 закреплены амортизаторы 14, предназначенные для гашения скорости грузов после достижения ими нижних положений.