Лабораторная работа №2 машина атвуда методическое указание к лабораторному занятию Алматы 2018 машина атвуда



бет2/3
Дата30.12.2021
өлшемі141,97 Kb.
#106885
түріЛабораторная работа
1   2   3
Ч2 Машина Атвуда АШР рус 1
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ


Рисунок 2. Машина Атвуда.

Основной частью установки является юстируемая станина 4 с закреплённой на ней трубой 9. В вершине трубы установлена основа 1 с неподвижной осью, электромагнитный стопор 2 (с кнопкой включения ЭС) и ролик 3. Ролик 3 относительно оси основы закреплён на двух подшипниках, позволяющих ему свободно вращаться вокруг оси. Через ролик 3 переброшена нить 11 (условно нерастяжимая и невесомая) с подвешенными на её концах грузами 10 одинаковой массы. Если на правый груз поместить перегрузок 7, на ролике 3 возникнет момент вращения. При включённом стопоре 2 система ролик - грузы будет неподвижна. Нажав кнопку «ПУСК» на секундомере 8, отключается электромагнитный стопор 2 и, одновременно, запускается отсчёт секундомера 8. Грузы 10 придут в движение и, когда груз с перегрузком 7 коснётся поверхности станины 4, сработает датчик 6, что приведёт к остановке отсчёта секундомера 8.

3. ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ





Рисунок 3. машина Атвуда с приложенными к её элементам силами.
Если на инерциальную систему воздействуют нескомпенсированные силы, она приходит в ускоренное движение. На рисунке 3 схематично приведена машина Атвуда с приложенными к её элементам силами. Здесь Jr и R – момент инерции вращения и радиус ролика соответственно, Мтрмомент трения, возникающий при вращении ролика, - угловое ускорение ролика, М – масса груза, mмасса перегрузка, Т1 и Т2 – сила натяжения левой и правой нитей соответственно, а – ускорение движения грузов, g – ускорение свободного падения.

Записав уравнения равновесия для каждого из трёх элементов, представленных на рисунке 3, мы получим систему из трёх уравнений, полностью описывающих движение машины Атвуда при условии нерастяжимости нити и отсутствии её проскальзывания в ролике:


(9)
Решая эту систему уравнений, мы получим формулу для определения ускорения грузов:

. (10)

Экспериментально получив значение a, можно оценить значение g. Преобразуем (10), разделив числитель на знаменатель:



. (11)

Так как в нашем случае , можно записать:


. (12)

Тогда, ускорение грузов системы a линейно зависит от массы перегрузка m, т.е. (12) – уравнение прямой линии:



. (13)

Экспериментально получив зависимость времени прохождения груза 10 некоторого одинакового пути S от общей массы перегрузков и используя уравнение движения материальной точки:



, (14)

необходимо построить график a = f(m).

Построив эту зависимость и определив угловой коэффициент прямой, из (12) можно найти ускорение свободного падения g:

. (15)

Из (12) можно определить момент трения, возникающий в узле вращения ролика:



. (16)

Зная g, можно перейти к оценке выполнения второго закона Ньютона.



Второй закон Ньютона является одним из основных законов физики. Он гласит, что ускорение материальной точки постоянной массы под действием силы прямопропорционально величине этой силы.

В нашем случае постоянство общей массы системы предлагается обеспечить следующим образом.

На левый и правый грузы 10 устанавливается одинаковое количество равных по массе m перегрузков (по четыре на каждый груз). В этом случае система находится в покое. Затем перегрузок с левого груза переносится на правый груз. Возникает сила F:

, (17)

заставляющая систему двигаться равно ускоренно, хотя общая масса системы осталась неизменной. Дальнейшее пошаговое перемещение оставшихся перегрузков с левого груза на правый приведёт к увеличению действующей на систему силы F при неизменности общей массы системы. Построив зависимость F=F(a), убедимся, что она линейна. Следовательно, второй закон Ньютона выполняется. Кроме того, угловой коэффициент этой прямой равен приведённой массе системы:



. (18)



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3




©engime.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет