 |
Описание элементарной установки.
|
|
|
|
В настоящей лабораторной работе экспериментально проверяется второй закон Ньютона и определяется ускорение силы тяжести с помощью машины Атвуда. (рис. 1).
Рис.1
Машина Атвуда представляет собой шкалу 1 с сантиметровыми делениями, в верхней части которой укреплен электромагнитный пускатель 2. Слева внизу к шкале крепится столик-ограничетель 3. Вдоль шкалы перемещается приемный столик 4 с чашечкой 5. Приемный столик с помощью крепежных винтов может крепиться на любом заданном расстоянии от магнитного пускателя. В верхнем конце шкалы расположен блок 6, через который перекинута нить 7. К концам нити прикреплены грузы 8.
Нить заводится между якорем и сердечником электромагнита. При подаче напряжения якорь притягивается к сердечнику и нить зажимается. При размыкании цепи нить освобождается и грузы могут перемещаться вдоль шкалы. Электромагнитный пускатель служит также для сброса шарика. Для этого нужно поднести шарик к игле пускателя 9 и замкнуть цепь. Шарик притянется к игле и будет удерживаться на ее конце до тех пор, пока не разомкнется цепь. В комплект машины Атвуда входит электрический счетчик-секундомер с ценой деления шкалы 0.01с, с помощью которого определяется время падения шарика лил груза. Секундомер начинает отсчет время как только размыкается цепь электромагнитного пускателя и прекращает отсчет времени как только груз или шарик падает на приемный столик.
Задание 1: проверка второго закона Ньютона.
Рис.2
Пусть через блок машины Атвуда перекинута нить, на концах которой подвешены грузы массой m и m +Δm. Будем называть Δm перегрузком. Очевидно, что груз массой будет двигаться вверх, а груз массой m+Δm – вниз (рис. 2). Обозначив силу натяжения нити слева через F1 силу натяжения нити справа F2, а ускорение поступательного движения α, можно написать уравнения поступательного движения грузов:
|
|
|
(4)
Вращательное движение блока можно описать уравнением:
(5)
В уравнение (5) Ι-момент инерции блока относительно оси вращения, которой равен 
r2,где m0-масса блока,r-радиус блока, β-угловое ускорение блока, которое равно a/r; Мтр- момент силы трения, которым в данном случае можно пренебречь, т.к. сила трения значительно меньше сил натяжения нити. Учитывая выше сказанное, уравнение (5) можно записать в виде:
(6)
Решая совместно систему уравнений (4)и (6),получим:
(7)
Если 
, то в равенстве (7) 
можно пренебречь. Тогда окончательно получим:
а = 
(8)
Из формулы (8) видно, что ускорение поступательного движения грузов α линейно зависит от движущей силы 
Именно эта линейная зависимость и проверяется в первом задании
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1. Включите установку в сеть.
2. укрепите приемный столик на заданном расстоянии Н (задается преподавателем),слегка нажмите на него.
3. Установите левый груз на столик –ограничитель и включите тумблер “Вкл”(при этом нить должна зажаться между якорем и сердечником пускателя).
4. Установите стрелку секундомера на ноль, нажав кнопку “Установка нуля”.
5. Положите на правый груз перегрузок в 1 г., приподнимите чашечку приемного столика и нажмите кнопку ”Пуск”.
6. После того как груз с перегрузком упадет на приемный столик и секундомер прекратит отсчет времени, снимите показания секундомера. Опыт повторите три раза и вычислите среднее значение времени.
6. Вычислите ускорение по формуле
где Н – расстояние от основания груза до переменного столика.
7. Помещая на правый груз перегрузки в 2,3,4 и 5 граммов, найдите соответствующие им ускорения α1, α2, α3, α4, α5.
8. Данные измерения и вычислений занесите в таблицу.
|
|
|
9. По данным таблицы постройте график зависимости ускорения α от величины перегрузка Δm. Сделайте вывод.
| № п/п | Н см | Δm=1г | Δm=2г | Δm=3г | Δm=4г | Δm5г | |||||||
| t1 c | α1 см/с2 | t1 c | α2 см/с2 | t1 c | α3 см/с2 | t1 c | α4 см/с2 | t1 c | α5 см/с2 | ||||
| 1. 2. 3. | |||||||||||||
| сред | |||||||||||||
Примечание: при отсутствии сил трения график зависимости ускорения α от величины перегрузки Δm прошел бы начало координат. В действительности же экспериментальная кривая будет пересекать ось α при α ≠ 0.
Задание 2: определение ускорение силы тяжести.
Как уже отмечалось, движение тела под действием силы тяжести (свободное падение) является равноускоренным движением. Если начальная скорость тела равна нулю, то пройденный телом путь определяется формулой:
,
где Н – пройденный путь,
g – ускорение силы тяжести,
t – время падения тела.
В настоящей лабораторной работе проверяется эта формула эксперементально и вычисляется ускорение силы тяжести по формуле:
Порядок выполнение работы
1. Включить установку в сеть.
2. Укрепите приемный столик на заданном расстоянии Н от электромагнитного пускателя.
3. Поднесите шарик к игле электромагнитного пускателя и включите тумблер «Вкл», при этом шарик должен удерживаться на конце иглы.
4. Установите стрелки секундомера на нуль, для чего нажмите кнопку «установка нуль», расположенную в верхней части секундомера.
5. Осторожно приподнимите чашку приемного столика до упора и нажмите кнопку «Пуск».
6. Как только шарик упадет на приемный столик, и секундомер остановит отсчет времени, снимите показания секундомера. Опыт повторите 5 – 7 раз и вычислите среднее значение времени tср.
7. Вычислите ускорение силы тяжести по формуле:
.
8. Вычислите относительную ошибку измерений ускорения силы тяжести по формуле:
.
9. Вычислите абсолютную ошибку измерений по формуле:
.
10. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 2.
11. Сравните полученное значение g с табличным значением и объясните разницу полученного результата.
|
|
|
Таблица 2
Результаты эксперимента
| № п/п | Н, см | t, c | Δt, c | g, см/с2 | Еg, % | Δg, см/с2 |
| 1. 2. 3. 4. 5. | ||||||
| Средн. |
12. Сделайте выводы.
Контрольные вопросы
1. Что такое поступательное движение тела, его характеристики?
2. Сформулируйте законы Ньютона. Поясните их применение.
3. Какое движение называется свободным падением. Запишите формулу пути для равноускоренного движения.
4. Сформулируйте закон всемирного тяготения.
5. Что такое ускорение силы тяжести? Какова его зависимость от широты местности?
6. Объясните динамику движения грузов.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ЖИДКОСТИ
ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучение методов определения коэффициента вязкости жидкости и определение коэффициента вязкости жидкости.
|
|
|
