Лабораторная работа № 1. Тема: «Изучение поступательного движения на установке Атвуда».

Тема: «Изучение поступательного движения на установке Атвуда».

Цель: Изучить ускоренное движение системы и определить его динамические характеристики (ускорение, силу трения, момент силы трения).

Для выполнения данной работы студент должен знать:

1. Определения кинематических характеристик движения (скорости, ускорения, тангенциального и нормального ускорения) и динамических характеристик (силы, момента силы, момента инерции).

2. Знать формулы перемещения, скорости для равноускоренного движения.

3. Знать законы динамики поступательного и вращательного движения.

Должен уметь:

1. Собирать заданную схему опыта.

2. Пользоваться измерительными приборами.

3. Проводить необходимые измерения, и расчеты.

4. Построить график зависимости ускорения от силы тяжести.

Задания:

1. Ознакомиться с установкой и приборами, необходимыми для проведения работы.

2. Подготовить необходимые таблицы для записи результатов измерения.

3. Подготовить установку к работе.

4. Сделать измерения.

5. Рассчитать значение ускорения для каждой перегрузки.

6. Построить график зависимости ускорения от силы тяжести, по которому определить величину силы трения.

7. Определить момент силы трения.

8. Сделать вывод.

Приборы и оборудование:

1. Установка Атвуда.
2. Грузы и перегрузки.
3. Секундомер.
4. Весы.
5. Линейка.

Описание установки Атвуда:

Функциональная схема установки Атвуда представлена на рисунку 1: блок – 1; грузы – 2, 3; верхняя платформа – 4; выключатель – 5; секундомер – 6; перегрузки – 7; платформа с автоматическим выключателем секундомера – 8. Через легкий блок переброшена нить с грузами. Если на груз положить перегрузок (m_i), система начнет двигаться с ускорением. В момент удара груза в платформу – 8 срабатывает выключатель секундомера.

Теоретические сведения:

В работе изучается ускоренное движение системы грузов, закрепленных на легкой нити, переброшенной через неподвижный блок с учетом действия силы трения. Система грузов приводится в движение действием силы тяжести небольшого перегрузка массой m_i. Физическая модель опыта показано на схеме (рисунок 2). На блок действуют силы тяжести і , силы натяжения нити , а также следует учитывать силу трения . Система уравнений, описывающих движение блока, имеет вид:

+ = F_тр

+

Т₂^' Т₁^'

де момент силы , ; Т₂ Т₁

= - - момент силы , ;

= - момент силы трения J – момент инерции блока относительно оси;

- угловое ускорение, которое связано с линейным ускорением : = /

Решив систему в скалярном виде, получаем: .

Если масса перегрузка m_i , его массой можно пренебречь, и тогда получаем, что ускорение системы линейно зависит от силы тяжести перегрузка. Но найти ускорение по этой формуле нельзя, так как не известны величины силы трения и момента инерции блок. Из формулы получаем при а = 0:

.

Таким образом, из полученной формулы вытекает, что силу трения можно найти, экстраполировав зависимость ускорения от силы тяжести перегрузка до пересечения с осью абсцисс.

Значение ускорения можно рассчитать по формуле: , де h – пройденный грузами путь.

Порядок выполнения работы:

1. На один из грузов положить перегрузок, предварительно определить массу перегрузка.
2. Перевести груз с перегрузком на верхнюю платформу.
3. Отпустить систему, одновременно включив секундомер.
4. Засечь время падения груза с перегрузком 5 раз.
5. Добавить последовательно по одному перегрузку к грузу, выполнить п. 2 – 4.
6. Рассчитать величину ускорения для кожного случая, подставив в формулу среднее значение времени.
7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу:

1. Построить график зависимости ускорения от силы тяжести перегрузка.
2. По графику определить силу трения.
3. Определить момент силы трения относительно оси по формуле =

Содержание отчета:

1. Тема.
2. Цель.
3. Задание.
4. Приборы и оборудование.
5. Основные теоретические сведения рабочей формулы.
6. Таблица результатов измерений и вычислений.
7. Расчеты.
8. График зависимости ускорения от силы тяжести перегрузка.
9. Выводы.

Контрольные вопросы:

1. Какие прямые измерения проводятся в работе?
2. Какое движение называется равноускоренным?
3. По какой формуле определяется перемещение при равноускоренном движении?
4. Запишите уравнения движения грузов с учетом действия силы трения.
5. Дайте определение ускорения.
6. Что такое нормальное, тангенциальное ускорение? Чему равно полное ускорение?
7. Сформулируйте законы динамики для поступательного движения.
8. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.

Лабораторные работы 2 курс спец. «Сварочное производство»