Лабораторная работа измерение ускорения свободного падения с помощью машины атвуда

5fan_ru_Определение ускорения свободного падения при помощи маши. Лабораторная работа Определение ускорения свободного падения при помощи машины Атвуда г. Северодвинск 2007

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации
Филиал «Севмашвтуз» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт – Петербургский государственный морской технический университет»

Определение ускорения свободного падения при помощи машины Атвуда

Определение ускорения свободного падения при помощи машины Атвуда

С помощью машины Атвуда исследовать законы кинематики и научиться экспериментально определять ускорение свободного падения.

2. Основные теоретические положения

Примером равноускоренного движения является свободное падение тел в безвоздушном пространстве. Законы свободного падения тел открыл итальянский физик Галилео Галилей (1564 ― 1642).

Все тела в одном и том же месте падают с одинаковым ускорением. Это ус­корение

― по закону всемирного тяготения.

Под действием силы притяжения к Земле, все тела падают с одинаковым относительно поверхности Земли ускорением, которое обозначается буквой g и называется ускорением свободного падения. В соответствии со вторым законом Ньютона, в системе отсчёта, связанной с Землёй, на всякое тело массы m действует сила

F = mg,

(0)

называемая силой тяжести.

т.е. ускорение силы тяжести не зависит от массы тела и с увеличе­нием высоты тела над поверхностью Земли убывает обратно пропорцио­нально квадрату расстояния от тела до центра Земли.

рис. 1

Если тело покоится на поверхности Земли, то оно испытывает действие силы Fпритяжения к Земле, направленной к центру Земли, центробежной силы инерции F_ц.б., направленной перпендикулярно к оси вращения Земли, и силы реакции N опоры (рис. 1).

Силой тяжести тела в этом случае называется сила F_т, Приложенная к телу и равная векторной сумме силы F притяжения к Земле и центробежной силы инерции F_ц.б.:

т.е. сила тяжести тела равна силе притяжения к Земле (рис. 2).

рис. 2

На Экваторе

т.е. сила тяжести тела меньше силы притяжения к Земле (рис. 2).

По третьему закону Ньютона

Ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли изменяется от значения 9,78 м/с 2 на экваторе до значения 9,83 м/с 2 на полюсах.

3. Вывод рабочей формулы

рис. 3

Пусть два стальных груза с массами m₁

(0)

В связи с тем, что нить невесома и скользит по блоку без трения, её натяже­ние по всей длине одинаково. Поэтому обе силы реакции имеют одинаковый модуль T. Вследствие нерастяжимости нити ускорения обоих тел равны по величине a₁ = a₂ = a.

Проектируя первое из уравнений (0) на направление x₁, а второе ― на на­правление x₂, получаем систему

(0)

Решая систему (0) относительно неизвестных T и a получаем:

(0)

Выразим отсюда g и подставим M =m₂ и m = M – m₁, тогда получим

(0)

Так как движение прямолинейное и равноускоренное, а скорость в началь­ный момент времени была равна 0, то

(0)

где S ― путь, пройденный грузами, м;

4. Описание опытной установки

рис. 4

Установка представлена на рис. 4 и включает в свой состав: основа­ние 1, вертикальную стойку 2, верхний кронштейн 3, кронштейн 4 для уста­новки фотодатчика, фотодатчик 5.

Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 6 и зажимом 7 для фиксации вертикальной стойки 2.

Вертикальная стойка 2 выполнена из металлической трубы, на которую нанесена миллиметровая шкала, и имеет визир 14.

На верхнем кронштейне 3 размещается узел подшипников 8 с малоинер­ционным шкивом 9, через который перекинута капроновая нить 10 с двумя ос­новными грузами 11 и набором разновесов 12, электромагнитный тормоз 13, предназначенный для фиксации исходного положения грузов.

Кронштейн 4 имеет зажим для крепления на вертикальной стойке 2 и элементы фиксации фотодатчика. Общий фид лабораторной установки показан на рис.5

Источник

Методические указания к лабораторной работе «Машина Атвуда»

«Управление общеобразовательной организацией:
новые тенденции и современные технологии»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Экспериментальная проверка основных уравнений и законов поступательного движения тела в поле сил земного тяготения, определение ускорения свободного падения лабораторной установке – машине Атвуда.

Время движения грузов измеряется с помощью ручного или стационарного секундомера.

Для выполнения работы машина Атвуда должна быть установлена строго вертикально, что легко проверить по параллельности шкалы и нити.

Второй закон Ньютона в проекциях на вертикальную ось для каждого из тел системы (рис.2) в предположении невесомости блока, отсутствия силы трения и нерастяжимости нити дает:

(1)

(2)

Так как начальная скорость в опытах на машине Атвуда обычно равна нулю и движение условно начинается из начала координат, то

(3)

Третье соотношение часто называют законом перемещений: «Перемещение при равноускоренном движении прямо пропорционально квадрату времени движения».

Соотношение (3) может быть проверено экспериментально на машине Атвуда. Кроме того, машина Атвуда дает возможность экспериментально проверить второй закон Ньютона для поступательного движения: «Ускорение, с которым движется тело, прямо пропорционально равнодействующей действующих на него сил и обратно пропорционально массе этого тела».

Подставляя a _i в (2) получаем следующую формулу:

(4)

(5)

— сумма проекций на ось Z всех сил, действующих на вращающиеся тело; α- угловое ускорение блока; J – его момент инерции

(6)

Выразим из уравнения (1) разность сил натяжения ( T ₁ – T ₂ ) и подставив ее в уравнение (6) получим:

(7)

Выразим ускорение грузов a :

(8)

Учитывая, что значение момента инерции блока

(9),

k- коэффициент распределения массы блока относительно оси вращения (k

11)

Задание 1. Проверка второго закона Ньютона.

Поскольку ускорение движения является функцией двух переменных – силы и массы, то изучение второго закона Ньютона выполняется путем раздельного исследования двух зависимостей: 1) зависимости ускорения от действующей силы при постоянной массе системы и 2) зависимости ускорения от массы системы при постоянной действующей силе.

Исследование зависимости ускорения от силы при постоянной массе

Измерения и обработка результатов

3. Измеряют время равноускоренного движения системы на пути, например, 1 метр. Все данные заносят в таблицу 1.3 отчета.

4. Пользуясь законом путей (1.6), вычисляют ускорение а.

5. Поводят еще 5-6 опытов, последовательно увеличивая массу перегрузков.

6. Строят график зависимости ускорения движения от действующей силы. Точку ( F =0, a =0) на графике не откладывают. Если экспериментальные точки ложатся на прямую с небольшим разбросом и прямая проходит через начало координат, то можно сделать вывод о том, что ускорение действительно прямо пропорционально силе.

7. По угловому коэффициенту полученной прямой определяют массу системы и сравнивают ее реальной массой.

Исследование зависимости ускорения от массы при постоянной силе

Измерения и обработка результатов

1. Все опыты проводят с одним и тем же перегрузком, т.е. при постоянной действующей силе. Ускорение системы измеряется также как и в предыдущем задании.

2. Для изменения массы системы одновременно на правый и левый груз кладут дополнительные одинаковые грузы. Все данные записывают в таблицу отчета.

3. График обратно пропорциональной зависимости ускорения от массы представляет собой гиперболу, которую невозможно идентифицировать. Для проверки предположения об обратно пропорциональной зависимости между ускорением и массой необходимо построить график зависимости ускорения от обратного значения массы системы: a = f (М -1 ). Подтверждением предположения является прямолинейность этого графика.

4. По угловому коэффициенту полученной прямой определяют значение приложенной силы и сравнивают ее с реально действующей в системе

Задание 2. Определение ускорения движения грузов

В полученном уравнении прямой коэффициент k равен половине ускорения системы: k=a/2. Это позволяет вычислить ускорение грузов ( a =2 k ) в данном опыте и определить погрешность его измерения. Произведите необходимые вычисления и занесите результаты в отчет.

Задание 3. Определение ускорения свободного падения

(Выполняется по результатам измерений и вычислений, проведенных в первом и втором заданиях). Зная массы грузов и перегрузка, а также ускорение движения системы, из формулы (3) найдите ускорение свободного падения. Результаты занесите в отчет. В выводе сравните полученный результат с табличной величиной.

Для нахождения погрешности измерения величины ускорения свободного падения Δ g используем формулу:

12)

где ; ; ; ;

– частные производные функции

Проанализируйте результаты своих наблюдений и сформулируйте вывод.

Контрольные вопросы

Какое движение называется поступательным?

Дайте определение инерциальной системы отсчета. Приведите примеры ИСО.

Сформулируйте первый закон Ньютона. Приведите примеры его проявления.

Дайте определение инертной массы тела. Гравитационной? От чего и как зависит масса тела?

Сформулируйте второй закон Ньютона. Приведите варианты его математической формы.

Покажите все силы, действующие на один из грузов в машине Атвуда, и составьте для него уравнение динамики.

Запишите систему уравнений динамики для машины Атвуда с учетом момента инерции блока. Силы трения в блоке?

Источник

МУ 4586: Изучение динамики поступательного движения тела с помощью машины Атвуда

Лабораторная работа 1-16: Изучение динамики поступательного движения тела с помощью машины Атвуда

Цель работы: изучение динамики поступательного движения тела в поле сил земного тяготения, определение ускорения свободного паде- ния.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, блок электронный ФМ-1/1, набор грузов и перегрузков.

Элементы теории и метод эксперимента

Машина Атвуда используется для изучения законов динамики движения тел в поле земного тяготения. Она представляет собой на- стольный прибор, изображенный на рис. 1.

Принцип работы машины Атвуда заключается в следующем. Если на концах нити висят грузы A и B одинаковой массы M, то система должна находиться в положении безразличного равновесия. Когда на один из грузов (например, груз B) кладут перегрузок С массы m, то система выходит из положения равновесия и грузы А и B начинают двигаться равноускоренно. В комплект установки, помимо грузов, входит несколько перегрузков различной массы, что позволяет изучать движение с различными ускорениями.

Согласно второму закону Ньютона

где a – ускорение груза вместе с перегрузком.

На левый груз будут действовать две силы: Mg и

Так как блок невесом, то равен

Измеряя пройденный правым грузом путь S и время движения t, можно проверить равноускоренный характер движения груза:

Определение ускорения свободного падения, казалось бы, можно провести на основе формулы (4). Пусть а_э — экспериментальное ускоре- ние, вычисленное из (5). Подставляя а_э в (4), получаем

Однако вычисление g по формуле (6) и сопоставление его с таб- личным покажут, что вычисленное и табличное значения g плохо согла- суются друг с другом. Такое расхождение связано со следующими при- чинами.

Попробуем учесть теоретически, как эти величины видоизменяют соответствующие формулы для вычисления величин а и g, и опишем методику обработки полученных результатов в каждом опыте.

Для этого рассмотрим вращательное движение блока машины Атвуда. Основной закон динамики вращательного движения тела имеет вид

Сумма Mzi — сумма проекций на ось z всех моментов сил, действующих на вращающееся тело; e — его угловое ускорение; J — момент инерции тела.

Направим ось z вдоль оси вращения блока. При движении грузов

на блок действуют вращающий момент (T1 — T2 )r и момент силы трения –M_тр. Тогда уравнение (7) примет вид

где g_э — экспериментальное значение ускорения свободного падения.

Формула (16) может служить основой для экспериментального оп- ределения ускорения свободного падения.

Подготовка установки к работе

Порядок выполнения работы

Для каждого из перегрузков m_i, входящих в комплект лаборатор- ной установки, проведите серии опытов в указанном порядке.

8. Повторите пп. 3 – 7 ещё два раза.

9. Повторите пп. 1 – 8 ещё два раза для различных значений пути S.

Задание 1. Проверка равноускоренного характера движения перегрузков

Для каждого перегрузка m_iпостройте график зависимости S от

Ошибки измерений часто приводят к тому, что экспериментальные точки данной зависимости не лежат на одной прямой. Поэтому через точки следует провести «наилучшую прямую», т. е. прямую, проходящую на наименьшем расстоянии от большинства точек.

Задание 2. Определение ускорения свободного падения

Вопросы и задания для самоконтроля

Библиографический список

Изучение динамики поступательного движения тела с помощью машины Атвуда / Рязан. гос. радиотехн. ун-т; cост.: М.А. Буробин. Рязань, 2012. 8 с.

Содержат основные теоретические сведения, порядок выполнения работы и итоговые контрольные вопросы.

Предназначены для студентов всех направлений подготовки бакалавров и специальностей, изучающих дисциплину «Физика».

Табл. 1. Ил. 2. Библиогр.: 3 назв.

Машина Атвуда, ускорение, равноускоренное движение, ускорение свободного падения

Печатается по решению редакционно-издательского совета Рязанского государственного радиотехнического университета.

Рецензент: кафедра общей и экспериментальной физики РГРТУ (зав. кафедрой доц. М.В. Дубков)

Изучение динамики поступательного движения тела с помощью машины Атвуда

Составитель: Б у р о б и н Михаил Анатольевич

Редактор Р.К. Мангутова Корректор С.В. Макушина

Подписано в печать 20.04.12. Формат бумаги 60 × 84 1/16.

Бумага газетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 0,5.

Тираж 200 экз. Заказ

Рязанский государственный радиотехнический университет.

Источник

Изучение динамики поступательного движения тела и определение ускорения свободного падения с помощью машины атвуда

Цель работы: изучение динамики поступательного движения тела в поле сил земного тяготения, определение ускорения свободного падения.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда со встроенным милли-секундомером, набор грузов и разновесов.

Общие теоретические сведения

Простейшей и в то же время наиболее часто встречающейся и привычной нам формой движения в природе является Механическое движение, состоящее в изменении взаимного расположения тел или их частей.

Раздел физики, занимающийся изучением закономерностей механического движения и взаимодействия тел, называется Механикой. При этом под Механическим действием на тело понимают такое воздействие со стороны других тел, которое приводит к изменению состояния механического движения рассматриваемого тела или к его Деформации, то есть к изменению взаимного расположения его частей.

Механику тел, движущихся с малыми скоростями (по сравнению со скоростью света в вакууме м/с), называют Классической механикой в отличие от Релятивистской механики быстро движущихся тел. Основы классической механики были разработаны И. Ньютоном.

Основным разделом механики является Динамика, занимающаяся исследованием влияния взаимодействия тел на их механическое движение.

Материальной точкой называется тело, форма и размеры которого несущественны в данной задаче. Любое протяжённое тело или систему тел, образующих исследуемую механическую систему, можно рассматривать, как Систему материальных точек.

Абсолютно твёрдым телом называется тело, расстояние между любыми двумя точками которого всегда остаётся неизменным. Эта модель пригодна в тех случаях, когда в рассматриваемой задаче деформации тела при его взаимодействии с другими телами пренебрежимо малы.

Для однозначного определения положения исследуемого тела в произвольный момент времени необходимо выбрать систему отсчёта. Системой отсчёта называется система координат, снабжённая часами и жёстко связанная с абсолютно твёрдым телом, по отношению к которому определяется положение других тел в различные моменты времени. При этом под часами подразумевается любое устройство, используемое для измерения времени или, точнее, промежутков времени между событиями, так как в силу однородности времени начало его отсчёта можно выбирать произвольно. В ньютоновской механике предполагается, что свойства пространства описываются геометрией Евклида, а ход времени одинаков во всех системах отсчёта.

В основе классической динамики лежат три закона Ньютона, сформулированные в его сочинении “Математические начала натуральной философии”, которое было впервые опубликовано в 1687 г. Эти законы явились результатом гениального обобщения тех частных опытных и теоретических закономерностей в области механики, которые были установлены Ньютоном и такими выдающимися его предшественниками и современниками, как И. Кеплер, Г. Галилей, Х. Гюйгенс, Р. Гук и др.

В качестве первого закона динамики Ньютон принял закон, установленный ещё Галилеем. Первый закон Ньютона гласит: Всякое тело (материальная точка) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока внешнее воздействие не заставит его (её) изменить это состояние.

Первый закон Ньютона утверждает, что состояние покоя или равномерного прямолинейного движения не требует для своего поддержания каких-либо внешних воздействий. В этом проявляется особое динамическое свойство тел, называемое Инертностью. Соответственно первый закон Ньютона называют также Законом инерции, а движение тела, свободного от внешних воздействий, — Движением по инерции.

Системы отсчёта, по отношению к которым выполняется закон инерции, называются Инерциальными системами отсчёта. Опыты показали, что с очень большой степенью точности можно считать инерциальной Гелиоцентрическую систему отсчёта.

В качестве меры механического действия одного тела на другое в механике вводится векторная величина, называемая Силой. Сила полностью задана, если указаны её модуль , направление в пространстве и точка приложения. Прямая, вдоль которой направлена сила, называется Линией действия силы.

Опыты показали, что под действием силы свободное твёрдое тело изменяет свою скорость , приобретая ускорение . Это ускорение пропорционально силе и совпадает с ней по направлению:

, (1)

Где — положительная скалярная величина, называемая массой тела. Чем больше инертность тела, а следовательно, и его масса , тем меньшее ускорение оно должно приобретать под действием одной и той же силы .

В ньютоновской механике масса материальной точки не зависит от времени , а ускорение , где — скорость точки. Поэтому уравнение (1) можно переписать в форме

. (2)

Вектор , равный произведению массы материальной точки на её скорость, называется Импульсом материальной точки.

Основной закон динамики материальной точки или второй закон Ньютона, записанный в форме (2), утверждает, что Скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на неё силе.

Основной закон динамики материальной точки выражает Принцип причинности в классической механике, так как устанавливает однозначную связь между изменением с течением времени состояния движения и положения в пространстве материальной точки и действующей на неё силой.

Наблюдения и опыты свидетельствуют о том, что механическое действие двух тел друг на друга всегда является их взаимодействием. Если тело 2 действует на тело 1, то при этом обязательно тело 1, в свою очередь, действует на тело 2.

Количественное описание механического взаимодействия материальных точек было дано Ньютоном в третьем законе динамики: Две материальные точки действуют друг на друга с силами, равными по модулю и направленными в противоположные стороны вдоль соединяющей эти точки прямой.

, (3)

Где — сила, действующая на второе тело со стороны первого, — на первое со стороны второго.

Описание лабораторной установки

Машина Атвуда используется для изучения законов динамики движения тел в поле земного тяготения. Устройство машины Атвуда изображено на рисунке. Она представляет собой настольный прибор, состоящий из вертикальной стойки 1 и основания 2, на которых расположены три кронштейна (нижний 3, средний 4 и верхний 5) и электронный блок (миллисекундомер) 10. На верхнем кронштейне крепится малоинерционный шкив 11 с узлом подшипников качения, через который перекинута нить 7 с грузами А и Б, имеющими массы и соответственно.

На верхнем кронштейне также находится электромагнит 8, который при подаче на него напряжения с помощью фрикциона удерживает систему с грузами в неподвижном состоянии. На среднем кронштейне 4 крепится фотодатчик 9, который выдает электрический сигнал окончания счёта времени равноускоренного движения грузов А и Б (если масса груза Б больше массы груза А). Средний кронштейн имеет метку, положение которой совпадает с оптической осью фотодатчика (риска на корпусе).

Нижний кронштейн 3 представляет собой площадку, которая используется для гашения удара груза Б при падении. Средний и нижний кронштейны могут свободно перемещаться и фиксироваться на вертикальной стойке по всей её длине. На вертикальной стойке 1 нанесена миллиметровая линейка, по которой определяют начальное и конечное положения груза Б, а следовательно, и пройденный путь S. При этом начальное положение груза Б определяют с помощью визира 6 по нижнему срезу груза, а конечное положение — по соответствующей метке среднего кронштейна с фотодатчиком.

Ускорение свободного падения g можно найти с помощью очень простого опыта: бросить тело с высоты H И измерить время падения T. Тогда

.

В действительности дело обстоит не так просто, если величину G Требуется определить достаточно точно.

Время падения материальной точки с высоты М при равно

С.

При измерении такого промежутка времени с погрешностью ±0,01С относительная погрешность определения G, равная , будет более 4,5 % и абсолютная погрешность . Казалось бы, чтобы снизить погрешность определения , используя секундомер с той же погрешностью , надо увеличить измеряемый промежуток времени, увеличивая высоту падения. Так, при время падения около 1 С, а при — . Однако в этом случае возникают ошибки другого характера. Дело в том, что при больших скоростях заметную роль играет сопротивление воздуха, а формула равноускоренного движения этого фактора не учитывает. Таким образом, увеличивая высоту H, мы увеличиваем время падения и уменьшаем относительную погрешность его измерения, но при этом вносим другую ошибку: сама формула становится неточной. Например, если сбросить кирпич с высоты , то около он будет двигаться с ускорением, а затем сила сопротивления воздуха станет равной силе тяжести (это будет при скорости около ) и тело остальные будет двигаться с постоянной скоростью.

Приведенный простой пример наглядно демонстрирует общую черту любого физического эксперимента. В любом эксперименте точность определения какой-либо физической величины связана не только с точностью измерительных приборов, но и с тем, насколько точно принятая модель описывает данный опыт, иначе говоря, насколько модель адекватна экспериментальной ситуации.

Итак, сложности такого внешне простого опыта связаны с большим ускорением тела, за которым мы следим во время опыта. Так как ускорение большое, то тело быстро набирает скорость, а при этом или время движения мало и его трудно измерить, или сама формула равноускоренного движения неточна.

Уменьшить ускорение можно с помощью устройства, которое называется машиной Атвуда (см. рис.). Через блок перекинута нить, на которой укреплены грузы массами и . Если , то система начнет двигаться с ускорением , проходя расстояние . Для достижения цели — как можно более точного для наших условий определения ускорения свободного падения необходимо построить модель экспериментальной ситуации, которая реализуется в машине Атвуда. В рамках этой модели надо найти связь между , и и указать метод определения из такой зависимости интересующей нас величины .

Наиболее простая модель нашей экспериментальной установки такова: блок и нить невесомы, нить нерастяжима; трением в блоке и сопротивлением воздуха можно пренебречь.

Выберем неподвижную систему координат, центр которой совмещен с осью блока 11. Ось координат Ох направим вниз. В этом случае действующие в системе силы будут направлены вдоль этой оси и не потребуется векторной формы записи основных законов динамики. На груз Б действуют две силы: сила тяжести, равная , и сила натяжения нити, равная .

Согласно второму закону Ньютона

, (4)

Где — ускорение свободного падения, — ускорение груза Б.

На второй груз А также будут действовать две силы: и . В силу нерастяжимости нити ускорение груза А равно ускорению груза Б по абсолютной величине и направлено в противоположную сторону. Тогда из второго закона Ньютона следует, что

. (5)

Так как масса блока мала, то

. (6)

Вычитая из (4) (5) и учитывая (6), получаем

. (7)

Измеряя пройденный грузом Б путь S и время движения T, можно проверить равноускоренный характер движения груза Б:

. (8)

Определение ускорения свободного падения можно провести на основе формулы (7). Пусть – экспериментальное ускорение, вычисленное из (8). Подставляя в (7), получаем

. (9)

Учитывая выражение (8), ускорение свободного падения можно рассчитать следующим образом

. (10)

Из второго закона Ньютона вытекает следующее следствие. Если на тело постоянной массы действовать различными силами и , то согласно второму закону Ньютона, тело будет двигаться с разными ускорениями и , отношение которых равно отношению сил:

, при . (11)

Если же к телам с различными массами и приложить равные силы, то тела будут двигаться с разными ускорениями и , отношение которых обратно пропорционально отношению масс:

, . (12)

На машине Атвуда массы грузов А и Б одинаковы в исходном состоянии, то есть . Если масса правого груза Б будет больше массы левого груза А на , то система грузов А и Б будет двигаться равноускоренно с ускорением . Масса всей системы будет равна

.

Если к левому и правому грузам добавить перегрузки одинаковой массы , то сила, сообщающая системе ускорение, не изменится. Но система грузов будет двигаться с другим ускорением , так как изменилась движущая масса. Масса системы увеличилась на и стала равной

.

Отношение этих масс системы

. (13)

В обоих случаях система, двигаясь равноускоренно, проходит одно и то же расстояние , поэтому

. (14)

Из равенства (14) можно найти отношение ускорений

. (15)

Подготовка лабораторной установки к работе

1. Убедитесь, что система грузов А и Б с нитью, перекинутой через блок, находится в положении безразличного равновесия.

2. Если система не находится в положении безразличного равновесия, произведите регулировку положения основания с помощью регулировочных опор, используя для визуального наблюдения в качестве отвесов нить с грузами. При этом необходимо добиться вертикального положения стойки 1.

3. Установите кронштейн с фотодатчиком в нижней части шкалы миллиметровой линейки таким образом, чтобы правый груз при движении проходил посередине рабочего окна фотодатчика.

4. Включите в сеть шнур питания электронного блока.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Проверка равноускоренного характера движения грузов машины Атвуда

1. Включить тумблер “сеть”, расположенный на задней стороне миллисекундомера.

2. С левого наборного груза А снять разновес массой 10 г. Тогда масса левого груза А будет равна 140 г, а правого груза Б — 150 г.

3. Отвести визир 6 от кронштейна с фотодатчиком 4 на расстояние (см. табл. 1).

4. Нажать кнопку “пуск” и, удерживая груз А, подвести нижнее основание наборного груза Б к верхнему краю визира. Затем нажать кнопки “стоп” и “сброс”. После срабатывания электромагнитного тормоза 8 отпустить груз А, при этом система грузов А и Б должна оставаться неподвижной.

5. Нажать кнопку “пуск” миллисекундомера и после пересечения грузом Б оптической оси фотодатчика и его остановки занести в табл. 1 показание таймера, то есть время движения грузов .

6. Повторить пп. 4-5 ещё два раза, записав показания прибора.

7. Повторить пп. 3-6 для ещё двух расстояний .

8. Для обеспечения разности масс грузов А и Б, равной 20 г, нужно с левого груза снять разновес массой 20 г. При этом десятиграммовый разновес, снятый во втором пункте, должен быть одет и находиться в составе наборного груза А. Тогда масса груза А будет равна 130 г, а масса груза Б останется равной 150 гр.

10. Для увеличения разности масс грузов А и Б до 30 г дополнительно снять с левого груза разновес массой 10 г. Тогда масса груза А станет равной 120 г.

11. Повторить пп. 3-7.

12. Рассчитать и для каждого значения и расстояния , которое проходят грузы А и Б. Оценить систематическую и случайную Составляющие, а также полную погрешность определения времени движения грузов по формулам

, , ,

Где — цена деления или точность миллисекундомера, — коэффициент Стьюдента ( при ).

Точность определения времени по миллисекундомеру составляет .

13. Для проверки равноускоренного характера движения грузов А и Б изобразить графически полученные результаты в координатах и , соответствующие каждому значению . По тангенсам углов наклона полученных прямых рассчитать ускорения, с которыми движутся грузы

.

, г

, г

, см

, с

, с

, с

, с

, с2

, м/с2

, м/с2

, м/с2

Источник