08. Виртуальная лабораторная работа «Определение ускорения свободного падения на телах Солнечной системы при помощи машины Атвуда» - http://efizika.ru/html5/08/index.html

Лабораторная работа № 08

Определение ускорения свободного падения

на телах Солнечной системы при помощи машины Атвуда

Цель работы - изучение законов равноускоренного движения.

Приборы и принадлежности: установка лабораторная «Машина Атвуда ФМ 11», набор грузов и разновесков.

Виртуальная лаборатория: «Определение ускорения свободного падения на телах Солнечной системы при помощи машины Атвуда» - http://efizika.ru/html5/08/index.html

Машина Атвуда (см. рис. 1) состоит из укрепленного на штативе 1 блока 2, через который перекинута нить с подвешенными на ней одинаковыми грузами 3 и 4. Масса этих грузов может быть увеличена добавочными небольшими грузами (перегрузками) 5. Если на груз массы  положить перегрузок с массой , то вся система начнет двигаться равноускоренно.

Рис. 1. Машина Атвуда

 

На груз 3 и груз 4 с перегрузком 5 будут действовать две силы: сила тяжести и сила натяжения нити. При этом если масса блока невелика по сравнению с , и трение мало, то раскручивание блока практически не требует приложения к нему крутящего момента и силы натяжения нити по обе стороны блока равны друг другу. На основании второго закона Ньютона можно написать

,

(1)

где - а ускорение системы, Т - натяжение нити, g - ускорение свободного падения. Решение этих уравнений дает величину натяжения нити и величину ускорения:

,	(2)
.	(3)
Отсюда .	(4)

Значение ускорения  можно определить из закона пути для равноускоренного движения с учетом того, что начальная скорость равна нулю

.

(5)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1. Определение ускорения из закона пути для равноускоренного движения и ускорения свободного падения.

1.    Перекинуть через блок 2 нить с двумя грузами 3 и 4 и убедиться, что система находится в положении безразличного равновесия.

2.         Установить кронштейн с фотодатчиком 6 в нижней части шкалы вертикальной стойки, а фотодатчик расположить таким образом, чтобы правый груз при движении вниз проходил в центре рабочего окна фотодатчика (за нижнее положение груза берется риска шкалы, соответствующая риске на корпусе фотодатчика и являющаяся как бы продолжением оптической оси фотодатчика, которую пересекает движущийся груз). Установить правый груз в крайнем верхнем положении.

3.    Положить на правый груз один из перегрузков 5. Нажать на кнопку «ПУСК» блока. Происходит растормаживание электромагнита, правый груз начинает опускаться, и таймер блока начинает отсчет времени. При пересечении правым грузом оптической оси фотодатчика отсчет времени прекратится. Записать показания таймера, т.е. время движения грузов.

4.    Определить по шкале пройденный грузом путь, как расстояние от нижней плоскости груза (в верхнем положении) до оптической оси фотодатчика.

5. Зная пройденный путь и время движения, определяем значение ускорения по формуле (5): где  - путь, пройденный каждым грузом,  - время движения грузов.

6.    Повторить измерения 3-4 раза, изменяя высоту подъема груза в верхнем положении. Найти среднее значение ускорения грузов.

7.    Повторить измерения по пп. 2 - 6 с другим перегрузком.

8. Определить ускорение свободного падения по формуле (4).

,

Таблица 1.

№	Тело Солнечной системы	, кг	, кг	, м	, с	, м/с2	, м/с2	, м/с2	, м/с2	Dg, м/с2	e, %
1
2
3

, ,

9. Сравнить теоретическое значение ускорения, найденное по формуле (3) с экспериментальным значением ускорения. Определить относительную погрешность.

Контрольные вопросы

1.     Основная задача кинематики.

2.     Что называется перемещением, траекторией? Что такое путь?

3.     Какие движения называются равномерными и какие неравномерными?

4.     Что называется скоростью равномерного прямолинейного движения? Единица его измерения.

5.     Что такое мгновенная скорость и каков ее физический смысл?

6.     Что такое средняя скорость? Как ее вычислить?

7.     Как подсчитывается путь при неравномерном движении?

8.     Что называется ускорением равнопеременного движения? Какими единицами оно измеряется?

9.     Напишите закон скорости при равнопеременном движении.

10. Напишите закон пройденного пути при равнопеременном движении.