Челябинский государственный университет
Лабораторная работа №6
«Исследование прямолинейного движения тел в поле тяжести на машине Атвуда»
Выполнил: Сапсай Виктор
Группа: МК 101
Проверил: Бородин И.Н.
Челябинск 2011
Цель работы:
1, проверить на опыте равноускоренный характер движения грузов и второй закон Ньютона.
2. Определить ускорение
Оборудование: Машина Атвуда, электронный секундомер, источник питания для электромагнита, набор грузов и прегрузков, линейка.
Краткая теория
Машина Атвуда
Машина Атвуда предназначена для
исследования движения тел в поле земного
тяготения. Естественнее всего изучать
это движение, исследуя свободное падение
тел, но этому мешает большая величина
свободного падения. Такой опыть возможен
либо при очень большой высоте
прибора(намного больше чем высота
комнаты), либо при помощи специальных
методов, позволяющих точно измерять
небольшие промежутки времени (доли
секунд). Машина Атвуда позволяет избежать
этих трудностей и замедлить движение
до удобных скоростей.
Она представляет собой вертикальную
стойку, на верхнем конце которой имеется
легкий блок, вращающийся с небольшим
трением.
Через блок перекинута легкая нить с
грузами одинаковой массы. В начальном
положении один из грузов может
удерживаться электромагнитом ЭМ. На
вертикальной стойке с помощью прижимных
винтов закреплена платформа. Которая
может перемещаться вдоль стойки. Если
на верхний груз, положить перегрузок,
то вся система начнет двигаться
равноускоренно.
1
– блок, 2 – грузики, 3 – нить, 4 –
электромагнит, 5 –подвижная платформа
с контактным устройством, 6 – стойка
со шкалой, 7 – подставка.
Считая нить не растяжимой, и невесомой, составим уровнения движения всех тел системы (рассматриваем тело с перегрузком как одно целое):
T2-mg=ma
(m1+m2)g-T1=(m1+m2)a
T1R-T2R – Mтр =Iε
a=εR
a – ускорение грузов,
T1, T2 – натяжение левой и правой частей нити
I – момент инерции блока, относительно его оси
ε - угловое ускорение
R – радиус блока.
Mтр – Момент силы трения оси блока
Решая эту систему уравнений, получаем
Блок можно считать сплошным тонким
диском поэтому его момент инерции равен
,
с учетом этого:
Сила трения уменьшает величину ускорения. Так как Fтр постоянная величина то ускорение системы линейно зависит от массы перегрузки m1.
На машине Атвуда Можно проверять Законы равноускоренного движения и второй закон Ньютона, что и является целью работы. Эта проверка носит, однако, приближенный характер из за наличия сил трения.