Примеры лабораторных работ по физике / Работа 22
.docЛабораторная работа № 22.
ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ НА МАШИНЕ АТВУДА
Цель работы:
-
Ознакомиться с кинематическим и динамическим описанием движения тел.
-
Определить ускорение движения грузов по кинематической и динамической формулам.
-
Проверить зависимость пути от времени при равноускоренном движении. Рассчитать значение ускорения графическим способом.
-
Рассчитать ускорение свободного падения и сравнить с табличным значением.
Описание установки. Краткая теория.
На рис.20. изображена машина Атвуда: на вертикальной стойке 5 крепится легкий блок 2, через который перекинута нить с двумя грузами 1 и 4. на один из них (4) помещается перегрузок 3. на стойке 5 имеется шкала, по которой определяют начальное и конечное положение грузов с помощью визира. В верхней части стойки расположен электромагнитный тормоз, с помощью которого фиксируется начальное положение грузов.
Если отключить электромагнит, грузы начнут двигаться (рис.21.). На каждый из грузов действует сила тяжести и сила натяжения нити. Предположим, что сила трения мала, тогда динамические уравнения в векторной форме запишутся в следующем виде:
Где M – масса груза, m – масса перегрузка.
Если ввести ось OX, то в скалярном виде получим следующие уравнения:
Если принять, что нить не растяжима то . Предположим, что масса нити и блока мала, тогда . Получим систему двух уравнений:
Решая эту систему получим:
(98)
Следовательно, при неизменных m и M движение грузов является равноускоренным ().
Кинематическое уравнение в этом случае, если начальная скорость равна нулю, запишется в виде:
(99)
Отсюда
(100)
где s – путь, пройденный грузом за время t.
Порядок выполнения работы:
-
Включить установку нажав кнопку «Сеть» на задней панели электронного блока ФМ1/1.
-
Поднять груз 4 с перегрузом 3 в верхнее положение. Расстояние до нижнего кронштейна с фотоэлементом должно быть не менее 5 см.
-
Нажать кнопку «Пуск» электронного блока, и убедиться, что секундомер включился.
-
Записать время t движения груза в таблицу формы 6.
Форма 6.
S(см) |
||||||
|
|
|||||
1 2 3 4 5 |
|
|
|
|
|
|
Среднее значение |
|
|
|
|
|
|
-
Нажать кнопку «Сброс» электронного блока ФМ1/1.
-
Повторить опыт не менее 5 раз.
-
Изменить верхнее положение груза 4. Произвести измерение времени при нескольких (не менее трех) значениях пути S, проходимого грузом.
-
Изменить массу груза и (или) перегрузка (повторить измерения 5 раз по указанию преподавателя.)
Обработка результатов измерений:
-
Определить средние значения времени < t > прохождения пути S грузом с грузом 4.
-
Рассчитать значение ускорения, по формулам (98) и (100).
-
Для ускорения, рассчитанного по формуле (100), оценить абсолютную погрешность по формуле
(101)
где - абсолютная погрешность измерения пути, - абсолютная погрешность измерения времени. Записать результаты в стандартной форме.
-
Сравнить полученные значения ускорений. Сделать вывод.
-
Для проверки формулы (99) построить график зависимости пути S от . Если в таких координатах экспериментальные точки дадут линейную зависимость , где , ,
то движение грузов равноускоренное.
-
Определить значение ускорения графическим путем:
(102).
-
Используя экспериментальное значение ускорения, рассчитанное по формуле (100), определить ускорение g свободного падения из формулы (98).
-
Рассчитать значение g для Череповца по формуле:
где - географическая широта (для Череповца )
h – высота над уровнем моря (для Череповца h =140 м)
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
-
Какое движение называется поступательным, прямолинейным, равноускоренным?
-
Какие силы действуют на груз с перегрузком во время движения?
-
Запишите кинематические и динамические уравнение движения для каждого из грузов.
-
Укажите возможные причины, обуславливающие несовпадение теоретических выводов с результатами измерений.
-
Каким образом из линеаризованного графика можно оценить систематическую погрешность измерения времени?
-
Укажите физические допущения, используемые при теоретическом анализе движения грузов в машине Атвуда.