Примеры лабораторных работ по физике / Работа 21

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет общих математических и естественнонаучных дисциплин

Кафедра общей физики

ФИЗИКА. ИЗУЧЕНИЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ НА МАШИНЕ АТВУДА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по выполнению лабораторной работы

для студентов инженерных и педагогических специальностей

Череповец

Лабораторная работа № 21

ИЗУЧЕНИЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА

Цель работы.

Ознакомиться с основными законами кинематики и динамики поступательного движения. Рассчитать ускорение тела, используя эти законы.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Рис.1

Устройство машины Атвуда изображено на рис.1. Легкий блок укреплен на стойке. Через блок перекинута тонкая нить с грузами одинаковой массы m. Правый груз в верхнем положении удерживается электромагнитом 1. Если на правый груз положить перегрузок массой m₁ и отключить электромагнит, то система грузов начнет движение и пройдет путь S₀.

На кронштейне 2 перегрузок будет снят, груз по инерции пройдёт дальше путь S. На кронштейнах 2 и 3 установлены фотоэлементы, секундомер 4 на лицевой панели покажет время t движения грузов на участке S.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Основной закон динамики - второй закон Ньютона:

(1)

где: - равнодействующая сил, действующих на тело массой m;

а - ускорение тела.

Из второго закона Ньютона следует, что если равнодействующая сил постоянна, то тело движется с постоянным ускорением а.

Если F = 0, то а = 0, движение тела равномерное.

Используя второй закон Ньютона, напишем уравнение движения левого и правого грузов:

Будем пользоваться неподвижной системой координат, положительное направление оси Х примем вертикально вниз. Тогда уравнения движения в скалярном виде запишутся так:

При составлении этих уравнений пренебрегли силами трения. Считая блок и нить невесомыми, можно приравнять силы натяжения нити: Т = Т₁ . Если предположить, что нить нерастяжима, то ускорение правого груза численно равно ускорению левого груза: а = а₁.

Решая совместно два уравнения, получим формулу для расчета ускорения а:

а _т = (2)

Ускорение тела характеризует изменение скорости со временем:

(3)

Закон изменения скорости можно получить, интегрируя выражение (3):

когда a = const (4)

Интегрируя уравнение (4), найдем формулу для перемещения:

(5)

Уравнения кинематики (4) и (5) позволяют получить другую формулу для расчета ускорения грузов:

(6)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Проверить заземление прибора. Подключить прибор к сети, нажать клавишу “сеть” и убедиться, что все индикаторы высвечивают цифру нуль и светятся лампочки фотоэлементов. Клавиша “пуск” должна находиться в отжатом положении.

2. Поднять правый груз в верхнее положение. Поместить перегрузок на этот груз.

3. Нажать клавишу “пуск”. После окончания движения записать результаты для времени t, путей S₀ и S, массы груза m и перегрузка m.

4. Повторить опыт не менее 5 раз.

5. Рассчитать ускорение грузов а по формулам (2) и (6). Сравнить их с учетом погрешностей.

6. При оформлении отчета вывести формулу (6) и записать каким будет движение на участках S и S₀ пройденного пути.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ

Абсолютная погрешность ускорения определяется выражением:

(7)

где: S, S₀ и t - погрешности прямых измерений S, S₀ и t.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какой вид имеют уравнения кинематики? Какие физические величины входят в эти уравнения?

2. Сформулируйте основной закон динамики поступательного движения.

3. Каковы условия наблюдения равномерного движения? Каковы причины равномерного движения?

4. Каков характер скорости и ускорения при равномерном движении? при равнопеременном движении?

5. Каким является движение грузов на первом участке пути S₀ и на втором участке S в экспериментальной установке?