Методика проведения эксперимента. 2.7.1 Изучение характера движения грузов и зависимости ускорения системы грузов от их масс

2.7.1 Изучение характера движения грузов и зависимости ускорения системы грузов от их масс

При проведении этой части работы необходимо учитывать, в каком положении находится тумблер " 2/1" на панели ИСМ-3.

Если тумблер " 2/1" находится в положении " 1", то таймер даст показания времени t ₁ одного полного оборота (j = 2p). Если тумблер " 2/1" находится в положении " 2", то таймер даст показания времени t ₂ двух полных оборотов (j = 4p).

2.7.1.1 Включить установку в сеть. Отжать тумблер выбора числа измерений в положение – " ОДНОКР ".

2.7.1.2 Установить тумблер " 2/1" в положение " 1".

2.7.1.3 На каждую платформу положить по грузу известной массы m ₁ и m ₂, где m ₂ > m ₁ (например, 190 г и 200 г). Разность масс грузов должна составлять 2 – 10 % их суммарной массы (при большей разности масс движение грузов слишком быстрое, и грузы разлетаются после удара об основание установки). Платформу с легким грузом (левая платформа) опустить и удерживать прижатой к основанию установки. Поворачивая шкив 3.2 (рисунок 2.2), совместить двойные риски, расположенные на шкиве 3.2, с нулевым делением, расположенным на шкале 3.3. Такое расположение шкива 3.2 устанавливает щель в зазоре фотодатчика.

2.7.1.4 Нажать кнопку " ГОТОВ ".

2.7.1.5 Отпустить груз и зафиксировать первое после начала движения показание таймера, т.е. время движения системы t ₁. Измерение провести пять раз. Результаты всех измерений записать в таблицу 2.1.

2.7.1.6 Установить тумблер " 2/1" в положение " 2".

2.7.1.7 Платформу с легким грузом (левая платформа) опустить и удерживать прижатой к основанию установки. Поворачивая шкив 3.2 (рисунок 2.2), совместить двойные риски, расположенные на шкиве 3.2, с нулевым делением, расположенным на шкале 3.3.

2.7.1.8 Нажать кнопку " ГОТОВ ".

2.7.1.9 Отпустить груз и зафиксировать первое после начала движения показание таймера, т.е. время движения системы t ₂. Измерение провести пять раз. Результаты всех измерений записать в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

2.7.1.10 Рассчитать средние значения времени < t ₁ > и < t ₂ > по формуле:

. (2.10)

2.7.1.11 По формуле (2.2) вычислить экспериментальные значения ускорений а_{t 1}и а_{t 2}подставляя средние значения времени < t ₁> и < t ₂> (если тумблер " 2/1" находится в положение " 1", то j = 2p, если тумблер " 2/1" находится в положение " 2", то j = 4p). По формуле (2.7) вычислить теоретическое значение ускорения а_теор.. Результаты занести в таблицу 2.1.

2.7.1.12 Вычислить абсолютную погрешность измерения ускорения по формуле:

, (2.11)

где Dj=3°; D t =1 мс; D R =0, 5 мм.

2.7.1.13 Записать результат опыта в виде

.

2.7.1.14 Сравнить полученные значения а_{t 1}и а_{t 2}. Сделать выводы о характере движения.

2.7.2 Проверка следствия (2.9) второго закона Ньютона на машине Атвуда

Пусть масса m левой и правой платформ с грузами одинакова (m = m_пл + m _гр, где m_пл – масса платформы, m _гр – масса груза). Если на правую платформу с грузом массой m, движущуюся вниз, положить перегруз массой m ₁, то система грузов будет двигаться равноускоренно с ускорением а ₁. Масса системы:

, (2.12)

где 2 m - масса двух платформ с грузами.

Если на левую и правую платформы добавить перегрузы одинаковой массы m ₂, то сила, сообщающая системе ускорение, не изменится. Однако, система будет двигаться с другим ускорением а ₂, так как изменилась движущаяся масса. Масса системы увеличилась на 2 m ₂ и стала равна:

, (2.13)

Найдем отношение этих масс

, (2.14)

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

. (2.15)

Из равенства (2.15) найдем отношение ускорений:

. (2.16)

2.7.2.1 На правую и левую платформы массой m_пл положить грузы массой m _гр=150 г, а затем создать перевес положив на правую платформу перегруз известной массы m ₁ (например, m ₁ = 20 г).

2.7.2.2 Левую платформу опустить и удерживать прижатой к основанию установки. Поворачивая шкив 3.2 (рисунок 2.2), совместить двойные риски, расположенные на шкиве 3.2, с нулевым делением.

2.7.2.3 Установить тумблер " 2/1" в положение " 1". Нажать кнопку " ГОТОВ ".

2.7.2.4 Отпустить груз и зафиксировать время одного полного оборота, т.е. время движения системы t ₁. Измерение провести пять раз. Результаты занести в таблицу 2.2.

2.7.2.5 Изменить массу системы, добавив к левой и правой частям перегрузы одинаковой массы m ₂ (например, m ₂ = 50 г). Левую платформу опустить и удерживать прижатой к основанию установки. Поворачивая шкив 3.2 (рисунок 2.2), совместить двойные риски, расположенные на шкиве 3.2, с нулевым делением.

2.7.2.6 Нажать кнопку " ГОТОВ ".

2.7.2.7 Измерить время движения системы t ₂ (пять раз). Результаты всех измерений записать в таблицу 2.2.

Таблица 2.2

2.7.2.8 Рассчитать средние значения времени < t ₁ > и < t ₂ > по формуле (2.10).

2.7.2.9 По формуле (2.14) вычислить отношение масс, обозначенное через Х ₁, по формуле (2.16) ‑ отношение ускорений Х ₂, подставляя средние значения времени < t ₁ > и < t ₂ >.

2.7.2.10 Вычислить абсолютную погрешность измерения отношения сил по формуле:

, (2.17)

где D m =0, 5 г.

2.7.2.11 Вычислить абсолютную погрешность измерения отношения ускорений по формуле:

, (2.18)

где D t =1 мс.

2.7.2.12 Записать результат опыта в виде

; .

Сравнить полученные значения Х ₁ и Х ₂. Сделать выводы.

2.7.3 Выключить установку.

Контрольные вопросы

А) Что называется механическим движением, виды механического движения.

Б) Сформулировать законы Ньютона.

В) В каких системах отсчета справедливы законы Ньютона?

Г) Выведите и объясните формулы (2.3) и (2.7).

Д) Выведите и объясните формулы (2.8) и (2.9).

Рекомендуемая литература

1. Савельев И. В. Курс общей физики: В 3 т. Т. 1. ‑ М.: Наука, 1988. §3, 4, 6-12.

2. Детлаф А. А., Яворский Б. М. Курс физики. ‑ М.: Высшая школа, 1989, § 1.1-1.4, 2.1-2.5.

3. Трофимова Т. И. Курс физики. ‑ М.: Высшая школа. 1990, § 1-3, 5-7.