Лаб. раб. (методические указания) / Лабораторная работа №21 (Изучение поступ. движения на машине Атвуда)
.docЛабораторная 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
Устройство машины Атвуда изображено на рис.1 Легкий блок укреплен на стойке. Через блок перекинута тонкая нить с грузами одинаковой массы т. Правый груз в верхнем положении удерживается электромагнитом 1. Если на правый груз положить перегрузок массой и отключить электромагнит, то система грузов начнем движение и пройдет путь So.
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.
рис.1
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
Основной закон динамики - второй закон Ньютона:
- равнодействующая
сил, действующих на тело массой т;
где:
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 =. Если предположить, что нить, нерастяжима, то ускорение правого груза численно равно ускорению левого груза: а =. Решая совместно два уравнения, получим формулу для расчета ускорения а:
Интегрируя
уравнение (4), найдем формулу для
перемещения:
Уравнения
кинематики (4) и (5) позволяют получить
другую формулу для расчета ускорения
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
-
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.
-
Поднять правый груз в верхнее положение. Поместить перегрузок на этот груз.
-
Нажать клавишу "пуск". После окончания движения записать результаты для времени t путей и S, массы груза m и перегрузка m.
-
Повторить опыт не менее 5 раз.
-
Рассчитать ускорение грузов А по формулам (2) и (6). Сравнить, их с учетом погрешностей
-
При оформлении отчета вывести формулу (6) и записать каким будет движение на участках S и пройденного пути.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЯ
Абсолютная погрешность ускорения определяемся выражением:
где: S, S0 и t - погрешности прямых измерений S, S() и t.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.- Какой вид имеют уравнения кинематики? Какие физические величины входят в эти уравнения?
-
Сформулируйте основной закон динамики поступательного движения.
-
Каковы условия наблюдения равномерного движения? Каковы причины равномерного движения?
-
Каков характер скорости и ускорения при равномерном движении? при равнопеременном движении?
-
Каким является движение грузов на первом участке пути So и на втором участке S экспериментальной установке?