Группа________________ФИО студента________________
Лабораторная работа №1

Вариант_____

Проверка основного закона динамики поступательного движения
Цель работы: проверка справедливости второго закона Ньютона для поступательного движения при помощи машины Атвуда.

Приборы и принадлежности: машина Атвуда, секундомер, перегрузки.
Теоретическое введение

Основным законом динамики является второй закон Ньютона, связывающий понятия кинематики (скорость, ускорение) с динамическими понятиями (масса, сила, импульс тела).

Второй закон Ньютона (для тел постоянной массы) можно сформулировать так: сила, действующая на тело (равнодействующая всех сил), равна произведению массы тела на его ускорение:

Закон в этом виде можно проверить, если, оставляя постоянной силу, менять массу, тогда (1)

или, оставляя постоянной массу, менять силу, тогда

(2)

Целью настоящей работы является проверка соотношения (2) при помощи машины Атвуда.

Машина Атвуда состоит из вертикальной рейки со шкалой 2. Сверху к рейке прикреплен легкий блок 1, способный вращаться с незначительным трением. Через блок перекинута тонкая капроновая нить 3 с прикрепленными грузами 4 одинаковых масс m.

Грузы могут быть установлены на передвигающихся вдоль рейки платформах 5, одна из которых снабжена электромагнитом 6 для удержания грузов. Система двух таких одинаковых по массе покоящихся грузов находится в равновесии. Такая система, выведенная из равновесия легким, толчком руки, движется замедленно, так как постоянно действует сила трения оси блока. При проверке основного закона динамики на описанной установке силой трения пренебрегать нельзя, поскольку ее величина сравнима с силами, приводящими грузы в ускоренное движение.

Сила трения в установке компенсируется добавочным грузом массой m₁, который помещается на движущий груз, вместе с перегрузками такой же массы

Изменение движущей силы осуществляется путем перекладывания добавочных грузов с одного груза на другой.

---

Пример. Если на левом (движущем) грузе лежит восемь дополнительных перегрузков массой m₁, а на правом два таких же, то движущей силой будет сила (здесь вычитается один из грузов слева, т.к. он предназначен для компенсации силы трения). Эта сила сообщит системе ускорение

(3)

Если два из добавочных перегрузков перенести с левого груза на правый, то движущей силой будет (т.е. сила уменьшается в пять раз, а так как перегрузки переложили, а не убрали (добавили), то движущаяся масса не изменилась).

Сила F₂ сообщит системе ускорение

(4)

Отношение движущих сил (5),

а поделив (3) на (4) получается, что , т.о. соотношение (2) выполняется (при постоянной массе во сколько раз изменяется сила, во столько же раз изменяется и ускорение).

Соотношение сил мы можем найти напрямую (как в выражении 5), а соотношение ускорений определим из кинематических законов:

При равноускоренном движении из состояния покоя

, а .

Если принять , то (6)

Т.е. отношение ускорений можно заменить обратным отношением квадратов времен. Т.о. измеряя время движения грузов с одной и той же высоты при разных соотношениях перегрузков, можно проверить соотношение (2), заменив его соотношением .

Порядок выполнения работы

Не забывайте выставлять параметры вашей установки в соответствии со своим вариантом!

Таблица вариантов

Задание 1

вариант параметр	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
h1=h2	фиксировано, но не менее 0,4 м
соотношение перегрузков в первой серии опытов	10/3	8/2	8/4	11/1	9/1	11/3	9/3	9/4	12/3	10/2
соотношение перегрузков во второй серии опытов	На усмотрение студента, но не забывайте, что общее количество перегрузков не изменяется (например, для варианта №3 как было 8/4, т.е. всего 12, так и должно остаться 12 (возможно: 9/3,10/2,11/1,12/0, 7/5)).

---

1) Задайте с помощью мыши расстояние от левого груза до левой платформы по своему усмотрению, но не менее 0,4 м (запишите его в таблицу 1) и больше его не изменяйте.

2) Из стопки перегрузков справа наложите определённое их количество на левый и правый грузы в соответствии с вашим вариантом (соотношение перегрузков, а значит и движущую силу F₁ запишите в таблицу 2.1 (не учитывайте один из тех, что слева т.к. он для компенсации силы трения)).

3) Нажмите кнопку старт и измерьте время движения t₁ левого груза до платформы. Запишите его в таблицу 1.

4) Повторите пункт 3 ещё 9 раз.

Таблица 1

=____ м
№ п/п	соотношение______		соотношение______
	t1, с	Δt1, с		t2, с	Δt2, с
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
средн.

---

5) Переложите один или несколько перегрузков с левого груза на правый или наоборот (соотношение перегрузков, а значит и движущую силу F₂ запишите в таблицу 1 (не учитывайте один из тех, что слева т.к. он для компенсации силы трения)).

6) Повторите 10 раз пункт 3 для измерения времени t₂.
Обработка результатов измерений

1) Рассчитайте средние времена t₁ и t₂ как среднее арифметическое, результаты запишите в таблицу 1.

2) Рассчитайте абсолютные погрешности измерения времени как при многократных измерениях ( ), результаты запишите в таблицу 1.

3) Запишите соотношение сил

4) Соотношение ускорений рассчитайте, используя средние значения времени

5) Относительную погрешность измерения n определите по формуле:

=_________________________________

6) Абсолютную погрешность для n рассчитайте по формуле =____________________

7) Сравните соотношение ускорений n с соотношением сил . Результаты опыта удовлетворительны, если выполняется неравенство . Проверьте выполнимость этого неравенства и сделайте вывод.
Окончательные результаты: _____________________

____________________
Задание 2

1)Используя данные таблицы 1, запишите расстояние от левого груза до левой платформы, соотношение перегрузков и время движения t₁ левого груза до платформы из первой серии из десяти экспериментов в таблицу 2.
2) Учитывая, что равноускоренное движение начинается из состояния покоя, расстояние проходимое системой грузов . Используя эту формулу, выразите ускорение, рассчитайте его по полученной формуле и результаты запишите в таблицу 2.
3) Рассчитайте скорость, которую успевают набрать грузы за время движения, учитывая, что движение является равноускоренным из состояния покоя:

---

4) Рассчитайте кинетическую энергию системы грузов, зная их количество (учитывайте все грузы и перегрузки) и считая, что масса груза М = 100 г, а масса одного перегрузка m₁ = 5 г.

_.
Таблица 2

h=________________________
№ п/п	соотношение______
	t, c	a, м/c2	v, м/c	Еk, Дж
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
среднее значение

Контрольные вопросы:

1) Дайте определения тем кинематическим и динамическим характеристикам движения, которые могут входить во второй закон Ньютона

2) Как в этой работе мы доказываем, что второй закон Ньютона справедлив?
3) Сформулируйте второй закон Ньютона и поясните в чем его смысл (напишите, что от чего зависит).


Тесты (правильным может быть не только один ответ):

1) Основным итогом выполнения задания 1 является…

---

Смотрите также файлы

• за мерзімді жоспар блімі Бізді міріміздегі алгоритмдер.doc

• Занятие Тема Педагогика как наука. Система педагогических наук Ключевые вопросы.doc

• А. Погорельский Черная курица, или подземные жители 17871836 Санкт петербург.pptx

• Тестовые задания для промежуточной аттестации Модуль Философия Дисциплина Основы Российской цивилизации для всех направлений подготовки университетского профиля.docx

• Что интересует философию в отличие от художественной деятельности.docx