Лабораторна робота №4

Вивчення законів кінематики і динаміки поступального руху на машині Атвуда

Мета: Вивчити другий закон Ньютона на прикладі руху двох тіл, зв'язаних невагомою нерозтяжною ниткою, перекинутою через легкий блок..

Основні теоретичні відомості

Машина Атвуда дає змогу одержати рівномірний та рівномірно прискорений рухи тягарців, а також виміряти проміжки часу, протягом яких тягарці проходять задані відстані в рівномірному та рівно-прискореному рухах.

Машина Атвуда складається з вертикального стояка, на верхньому кінці якого закріплено легкий блок, що обертається з малим тертям навколо горизонтальної осі. Через блок перекинуто тоненьку нитку з прикріпленими до її кінців вантажами однакової маси m (маса їх відома, її повідомляє лаборант).

Розглянемо рух системи, що складається з пробних тіл (вантажів), маса кожного з яких m, і блока радіуса r з моментом інерції I. Нехай на правий вантаж покладено тягарець масою Δm. Тоді система тіл масою 2m + Δm пройде відстань s.

За законом збереження енергії

= (1)

Коли нитка не ковзає по блоку, швидкість v руху нитки (швидкість руху системи тіл масою 2m + Δm) дорівнює лінійній швидкості точок обода блока w r, тобто

, (2)

a

. (3)

Нехтуючи силою тертя F і моментом інерції блока, при умові, що з (1), (3) для прискорення системи маємо

. (4)

Звідси видно, що система рухатиметься з прискоренням меншим, ніж прискорення вільного падіння. Збільшуючи масу додаткового тягарця, можна збільшити і прискорення системи. Відстані s, яку проходить система тіл однакова для вантажів праворуч і ліворуч та одина і таж для всіх дослідів.

МЕТОДИКА І ПОРЯДОК ВИМІРІВ

Уважно розглянете малюнок, знайдіть всі регулятори й інші основні елементи. Модель дозволяє вивчати другий закон Ньютона на прикладі руху двох тіл, зв'язаних невагомою нерозтяжною ниткою, перекинутою через легкий блок. Можна змінювати маси тіл і масу додаткового вантажу і спостерігати за прискореним рухом системи.

І. Перевірка закону шляху .

1. На правий вантаж покласти тягарець масою Δт.

2. Змінюючи величини Δт, виміряти t, прискорення системи а. Відстань s, яку проходить система тіл в усіх випадках буде однакова. Тому повинно виконуватись співвідношення

яке треба перевірити.

II. Перевірка другого закону Ньютона .

Для двох різних випадків маємо результуюча зовнішня сила, прикладена до системи

; (5)

(6)

(7)

Поділивши рівняння (5) одне на друге, матимемо

,

звідки з врахуванням (7)

= .

Це співвідношення і треба перевірити.

? Контрольні запитання

1. У чому полягає метод визначення прискорення на машині Атвуда?

2. Як обчислити силу натягу нитки машини Атвуда при рівномірному і рівноприскореному рухах системи тіл?

3. Як обчислити величину і напрям сили тиску на вісь блока при рівномірному і рівноприскореному рухах системи тіл?

Дата добавления: 2015-11-14