Короткі теоретичні відомості.

Лабораторна робота №3

Вивчення законів кінематики і динаміки поступального руху

на машині Атвуда

Мета роботи. Перевірити закон рівноприскореного руху та другий закон динаміки.

Прилади та матеріали: машина Атвуда, секундоміри.

Короткі теоретичні відомості.

Машина Атвуда дає змогу забезпечити рівномірний та рівноприскорені рухи тягарців, а також виміряти проміжки часу, протягом яких тягарці проходять задані відстані при рухах. Будова машина Атвуда зображена на рис. 1.

1 – вертикальний стояк

2 – легкий алюмінієвий блок

З – “невагома” нитка

4 – вантажі однакової маси

5 – додаткові вантажі

6 – суцільна підставка

В комплекті установки є додаткові тягарці, якими користуються для приведення системи в рівноприскорений рух.

Розглянемо рух системи, яка складається з двох вантажів (рис. 1), маса кожної з яких , і блока, який будемо вважати невагомим. Якщо на один із них покладемо тягарець масою і система пройде відстань , то згідно закону збереження і перетворення механічної енергії, нехтуючи силами тертя, отримаємо:

(1)

(2)

Прийнявши до уваги, що , з (2) отримаємо формулу (3) для прискорення системи

(3)

З формули (3) випливає, що збільшення маси додаткового тягарця, приводить до збільшення прискорення системи.

Порядок виконання роботи:

І. Перевірка закону шляху .

1. Ввімкнути струм в колі електромагніту, що забезпечить утримування вантажів. На правий вантаж покласти тягарець масою .

2. Підставку 5 встановити на певній відстані від правого вантажу. Розімкнути коло електромагніту, в результаті чого одночасно запускається секундомір, який і вимірює час проходження відстані . Результати вимірів заносимо в табл. 1.

Табл. 1

№п/п	(м)	(c)	(с)	(с)	(с)	(м/с2)

3. Для фіксованих , при однаковій масі тягарця виміряти , як середнє із трьох вимірювань. Прискорення системи в усіх трьох випадках буде однаковим. Перевірити виконання співвідношення

(4)

II. Перевірка другого закону Ньютона .

1. Якщо маса додаткового вантажу складається із кількох тягарців, то змінюючи кількість тягарців на правій стороні ми цим самим забезпечимо рух системи майже незмінної маси з різним прискоренням, бо маси тягарців порівняно з масою системи є дуже малі і ними можна знехтувати, вважаючи загальну масу системи незмінною.

Можна показати, що система масою рухатиметься під дією сили

(5)

де – маса правого тягарця,

– маса лівого тягарця.

Якщо із зміною мас змінювати відстань, яку проходитиме система, то в цьому випадку будемо мати

, , (6)

та

і (7)

Поділивши рівняння (8) і (9), матимемо

і . (8)

Звідки

.

Вірність цього співвідношення необхідно перевірити.

2. Замкнемо коло електромагніту. Покладемо на правий вантаж систему тягарців масою , забезпечивши цим самим масу системи величиною . На певній відстані від правого вантажу закріпимо суцільну підставку.

3. Розімкнувши коло електромагніта, вимірюємо час проходження системою відстані як середнє із трьох вимірювань.

4. Змінюючи масу вантажів, забираючи тягарці з правої сторони машини Атвуда, залишаючи майже незмінною масу системи, проводимо вимірювання часу проходження відстані , яку також змінюємо при -му досліді. Результати вимірів заносимо в табл. 2.

Табл. 2

(кг)	(Н)	(м)	(с)
			=
=
=
=
			=
=
=

5. Перевіряємо наближене виконання співвідношення

Контрольні питання.

1. Кінематичні величини, які характеризують поступальний рух тіла (вектор переміщення, вектор швидкості, вектор прискорення).

2. Прямолінійний рівномірний та рівноприскорений рухи. Рівняння руху у векторній та скалярній формі.

3. Закони динаміки матеріальної точки.