Порядок выполнения работы

1. Подготовить машину Атвуда к работе: надеть на блок нить с двумя закреплёнными на ней грузами и проверить, находятся ли они в равновесии.

2. Установить верхний кронштейн на определённую высоту так, чтобы он находился строго вертикально над нижним и верхним кронштейнами.

3. Нажать кнопку "СЕТЬ".

4. Привести кнопку "ПУСК" в отжатое состояние. При этом должны высветиться нули на табло миллисекундомера и зажечься лампочка обоих фотоэлектрических датчиков.

5. Выставить средний кронштейн примерно на высоту 40 см по шкале прибора.

6. Выставить правый груз так, чтобы его нижняя поверхность находилась на одном уровне с чертой верхнего кронштейна.

7. Зафиксировать выставленное положение отжатием кнопки "ПУСК".

8. Положить на груз перегрузок г.

9. Нажать кнопку "ПУСК". При этом система грузов должна прийти в движение.

10. Снять показания миллисекундомера и занести в таблицу 1.

11. Нажать кнопку "СБРОС" и обнулить миллисекундомер.

12. Измерения повторить не менее 5 раз с одним и тем же перегрузком массой .

13. Измерения повторить для всех перегрузок , имеющихся в комплекте к прибору и занести в таблицу 1. Для каждого из перегрузков составляется своя таблица.

14. По формуле (5) для каждого из перегрузков m определить ускорение свободного падения g и найти его среднеарифметическое значение .

15. Оценить погрешности измерений и . Сравнить экспериментальное значение с теоретическим .

16. По результатам проделанной работы сделать выводы.

Таблица 1.

№ п/п	, с	, с	S, м	S0, м	М, кг	, кг
1
2
3
4
5
Ср.знач.

Контрольные вопросы

1. Опишите принцип работы мамины Атвуда.

2. Объясните движение грузов на отрезках S₀ и S .

3. Какой закон положен в основу вывода формулы (3)? Выведите эту формулу.

4. Какие кинематические уравнения использовались при выводе формулы (4). Выведите эту формулу.

5. Выведите рабочую формулу данной лабораторной работы.

6. Какая из величин, входящих в формулу (5), вносит на Ваш взгляд, наибольшую погрешность в определении ?

Объясните на примере Ваших экспериментальных результатов.

ЗАДАНИЕ 2. Проверка закона Ньютона.

Цель работы: изучить кинематику и динамику поступательного движения твердых тел с помощью машины Атвуда. Получить экспериментальное подтверждение второго закона Ньютона.

Теоретическое описание работы

Принцип работы прибора основан на действии законов кинематики и динамики поступательного движения. Если рассмотреть движение грузов на нитях без учета сил трения в блоке, а также считать, что нить невесома и нерастяжима, то движение грузов на отрезке S должно быть равноускоренным (см. рис. 1 в задании 1).

Равноускоренное движение происходит под действием некоторой постоянной силы . Если массу движущегося тела оставлять постоянной, то в соответствии со вторым законом Ньютона между действующей силой и ускорением движения обнаруживается пряма пропорциональная зависимость:

. (1)

При расположении перегрузков м₁ и м₂ на одном грузе М сила F₁ равна:

F₁=(m₁+m₂)g. (2)

Если перегрузок m₂ (m₂< m₁) поместить на другой груз, масса системы не изменится, а сила F₂ будет равна:

F₂=(m₁-m₂)g. (3)

Тогда подставив (2) и (3) в (1), можно записать:

. (4)

Уравнения движения системы грузов в первом и во втором случаях запишутся так:

F₁=(2M+m₁+m₂)a_1. (5)

F₂=(2M+m₁+m₂)a_1. (6)

Разделив (5) на (6), получим соотношение (1).

Из уравнений (4), (5) и (6) имеем:

. (7)

Движение на отрезке S равноускоренное и начальная скорость грузов , следовательно . При S₁= S₂= S (что является необходимым условием в данной работе), следовательно имеем:

. (8)

где t₁, t₂ - время движения с перегрузками, расположенными соответственно на одном и разных грузах М.

С учетом (8) соотношение (7) перепишется в виде:

. (9)

Равенство (9) является рабочей формулой в данной работе.

Экспериментальная проверка справедливости (9) и является проверкой второго закона Ньютона.

Порядок выполнения работы.

1. Подготовить машину Атвуда к работе: надеть на блок нить с двумя закреплёнными на ней грузами и проверить, находятся ли они в равновесии.

2. Установить верхний кронштейн на определённую высоту так, чтобы он находился строго вертикально над нижним и верхним кронштейнами.

3. Нажать кнопку "СЕТЬ".

4. Привести кнопку «ПУСК» в отжатое состояние. При этом должны высветиться нули на табло миллисекундомера и зажечься лампочка обоих фотоэлектрических датчиков.

5. Выставить средний кронштейн примерно на высоту 30-40 см по шкале прибора.

6. Выставить правый груз М так, чтобы его верхняя поверхность на 2-5 мм была выше поверхности кольца среднего кронштейна.

7. Зафиксировать выставленное положение отжатием кнопки «Пуск».

8. Поместить на правый груз два перегрузка m₁ и m₂ (диаметр колца меньше диаметра кольца среднего кронштейна). Нажатием кнопки «Пуск» привести систему грузов в движение. Эксперимент провести не менее 5 раз. Результаты измерения времени движения t₁ занести в таблицу.

9. Снять перегрузок m₂ (m₂< m₁) и поместить его на другой груз. Для прежней высоты время движения t₂ измерить также не менее 5 раз. Результаты занести в таблицу.

10. Используя полученные экспериментальные данные, выполнить численную проверку соотношения (9), используя средние значения времени , и m₁, m₂.

11. Заменить один из перегрузков m₁ или m₂ и для вновь образованной пары перегрузков повторить пункты 6-10. Результаты занести в таблицу.

12. Оценить относительную погрешность ε измерений следующим образом:

где .

13. На основании полученных экспериментальных результатов сделать выводы о справедливости равенства (9), используемого для проверки второго закона Ньютона.

Таблица 2.

№ п/п					кг	кг
1
2
3
4
5
Ср. знач.