Описание экспериментальной установки

Рис. 3.2

Общий вид прибора "машина Атвуда" приведен на рис.3.2. В верхней части вертикальной шкалы 3 укреплен на подшипнике легкий блок 1, который с достаточно малым трением может вращаться вокруг своей оси. Через блок проходит нить, к концам которой прикреплены грузы 4, движение которых и будет изучаться. Электромагнит, расположенный на одной оси с блоком, служит для пуска и остановки движения грузов. Действие устройства основано на том, что нить, соединяющая грузы, проходит в зазоре между якорем и сердечником электромагнита, и при замыкании и размыкании электрической цепи электронного секундомера 5 и электромагнита, нажатием кнопок «Пуск» («Сброс»), соответственно, нить освобождается (зажимается) и блок 1 начинает (прекращает) движение.

Фотоэлемент 2 (рис.3.2) предназначен для разрыва электрической цепи секундомера, и, следовательно, прекращения отсчета времени в тот момент, когда груз I начнёт проходить мимо него. Ограничитель 6 используется для облегчения начальной установки грузов. В лабораторной работе также применяется набор перегрузков массой 10, 20 и 50 г.

Конкретные задачи

1. Определить ускорение движения системы тел. Убедиться, что движение является равноускоренным.

2. Исследовать зависимость ускорения системы от массы движущихся тел.

3. Исследовать зависимость ускорения системы от действующей на грузы силы.

4. Сделать вывод о соответствии полученных результатов зако­нам динамики.

Порядок выполнения работы

1. Включить приборы в сеть. Установить груз I на столик 7 (рис. 3.2). По вертикальной шкале 3, снять начальную координату l' нижнего торца груза II, записать полученный результат. Снять нить с блока и установить на грузы I и II дополнительные грузы так, чтобы суммарная масса грузов стала равна 100 г и 70 г соответственно (с учётом начальной массы). Установить ограничитель 6 горизонтальным участком на отметке l₁ = 35 см. Поместить систему грузов на блок так, чтобы груз II нижним торцом касался ограничителя. Придерживая его в таком положении, включить секундомер (на задней панели электронного блока), нить зафиксируется. Установка готова к работе.

2. Нажать кнопку «Пуск» электронного секундомера, при этом грузы придут в движение, и одновременно начнется отсчет времени. При прохождении груза I мимо фотоэлемента секундомер остановится. Записать показание секундомера в табл. 3.1.

3. Опустить груз II на ограничитель, придерживая его, нажать кнопки «Стоп» и «Сброс» (обращайте внимание на то, чтобы груз I не раскачивался). Записать показания секундомера. Выполнить аналогичные измерения ещё два раза. Результаты занести в таблицу 3.1, в колонку, соответствующую S₁, где S₁ = l₁ – l' – 4,2, см (грузы I и II проходят равные расстояния l₁ – l', однако, секундомер фиксирует время, за которое груз I проходит расстояние на 4,2 см меньше с учётом расстояния от столика 7 до датчика фотоэлемента 2).

l' = …….., см т₁ = 100 г т₂ = 70 г Таблица 3.1.

№ п/п	S1 = , см	S2 = , см	S3 = , см	S4 = , см
	t1, с	t2, с	t3, с	t4, с
1
2
3
4
	t1 ср = c, = с2	t2 ср = c, = с2	t3 ср = c, = с2	t4 ср = c, = с2

4. Перемещая ограничитель, провести аналогичные операция для l_i = 30, 25 и 20 см, заполнив табл. 3.1, где S_i = l_i – l' – 4,2, см. Эти данные позволят определить величину ускорения а для данной массы гру­зов, а также сделать вывод о характере их движения.

5. Установить ограничитель на отметке l = 35 см.

6. Снять нить с блока и установить дополнительные грузы так, чтобы суммарная масса I и II грузов были равны 60 и 50 г соответственно.

7. Измерить время движения грузов 5 раз. Результаты занести в таблицу 3.2.

8. Провести серию измерений, повторив п.п. 5, 6, когда массы грузов составляют 70 и 60, 80 и 70, 90 и 80, 100 и 90 г. Результаты занести в таблицу 3.2.

S = l – l' – 4,2 = 20,8 – l' = ………., см Таблица 3.2

№ п/п	т1, г	т2, г	ti, мс					ti ср, мс	ср, мс2	а, м/с2	т1 + т2, г
1	60	50
2	70	60
3	80	70
4	90	80
5	100	90

9. Изменяя величину перегрузки, исследовать зависимость ускорения системы от действующей на грузы силы. Для этого проделать аналогичные испытания, когда массы грузов составляют 120 и 50, 110 и 60, 100 и 70, 90 и 80 г. Высоту, на которой находится ограничитель оставить прежней. Результаты занести в таблицу 3.3.

S = l – l' – 4,2 = 20,8 – l' = ………, см Таблица 3.3

№ п/п	т1, г	т2, г	ti, мс					ti ср, мс	ср, мс2	а, м/с2	т1 – т2, г
1	120	50
2	110	60
3	100	70
4	90	80