11905

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА

Лабораторная работа

Физика

Лабораторная работа № 3 ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАШИНЫ АТВУДА Цель работы: Изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом сил трения. Приборы и принадлежности: машина Атвуда смонтированная на лабораторном мод...

Русский

2013-04-14

159.5 KB

169 чел.

Лабораторная работа № 3

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ  "МАШИНЫ АТВУДА"

Цель работы: Изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом сил трения.

Приборы и принадлежности: "машина Атвуда", смонтированная на лабораторном модуле ЛКМ-3, набор грузов и перегрузков, нить с крючками длиной 60 см (зеленая), измерительная система ИСМ-1 (секундомер).

Введение

Рассмотрим движение механической системы, состоящей из вращающегося лёгкого блока, через который перекинута нить с привязанными грузами m1 и m2 (m1 < m2) .

Запишем второй закон Ньютона в векторной форме для движения грзов

   (1)

   (2)

Если нить не растяжимая, то ускорение грузов  .

Спроецируем векторное уравнения  (1) и (2) на направление ускорения каждого груза

m1 a = T1 – m1 g    (3)

m2 a = m2 g – T2    (4)

Из уравнений (3) и (4) получаем

Разность сил натяжения  (T2T1)  зависит от меры инертности блока (момента инерции) и трения в подшипниках блока.

В предельном случае отсутствие сил трения и  нулевой массы блока и нити  T2= T1

.

Учтём влияние сил трения в подшипниках оси блока (пренебрегая массой блока). Введём в уравнение 5) вместо разности T2T1  «эффективную» силу сопротивления F.

-2-

При сухом трении в подшипниках и незначительном изменении массы грузов   т1 и т2   в первом приближении можно считать, что отношение

 не зависит от масс грузов и зависимость ускорения а от величины    к = 2 w1)/ (m1 + m2)   линейная.

Кинематическая связь ускорения грузов а с угловым ускорением блока   β при отсутствии проскальзывания нити по блоку:

а = β R                              (8)

где R - радиус блока.

При равноускоренном движении угол поворота блока при начальной угловой скорости  ω0 = 0  равен                               φ =  β t2/2 

Из формул (8) и (9) следует:   

Описание установки

Машина Атвуда представляет собой блок, закрепленный на стойке 1, через который перекинута нить. К концам нити подвешены грузы т1 и т2 (рис. 1). Вращение блока регистрируется фото-датчиком, который фиксирует поворот блока на один и более оборотов. В блоке прорезаны канавки, диаметры которых равны 50 и 30 мм.

Рис. 1

Задание 1

Измерение ускорения свободного падения g

1. Подключите датчик угла поворота блока к разъему № 1 на задней стенке модуля ИСМ-1. Переключатель 10 переведите в положение K 1. Переключатель 4 - в положение ":1", переключатель 5 - в положение "однокр", переключатель 8 - в положение "+" или "-", переключатель 9 - в среднее положение. Включите питание модуля.

2. Перекиньте нить через большой блок, радиус которого R = 25 мм, и закрепите на концах нити грузы примерно одинаковой массы т1 и m2 (точное значение массы грузов выгравировано на каждом грузе), убедитесь, что грузы в свободном состоянии находятся в равновесии. Массу m2 увеличьте на 10 г с помощью перегрузка. Значение массы грузов m1 и т2 с точностью до десятых долей грамма занесите в табл. 1. Переведите груз m1 в нижнее положение и остановите качание второго груза. Вращая блок добейтесь срабатывания датчика угла поворота, о чем свидетельствует загорание индикатора 3, при этом прорезь на блоке будет находиться вблизи нулевой отметки шкалы блока. Нажмите кнопку 7 "готов" и отпустите груз т2. Система грузов придет в движение и таймер модуля ИСМ-1 зафиксирует время одного оборота блока в секундах или в миллисекундах в зависимости от положения переключателя 2. Результат измерения занесите в табл. 1.

Таблица 1

t

t2

m1(г)

m2(г)

a

g

k

1

Среднее

100

110

Среднее

100

120

Среднее

200

210

Среднее

200

220

Среднее

3. Рассчитайте ускорение грузов по формуле (1)

                                                         (1)

где        - угловое ускорение блока,       R - радиус блока,       = 2 - угол поворота блока.

4. Рассчитайте ускорение свободного падения g по формуле (2)

                                                               (2)

5. Повторите измерения не менее 5 раз, рассчитайте среднее ускорение грузов a и среднее ускорение свободного падения  g

6. Замените перегрузок 10 г на 20 г. Повторите измерения по пунктам 2-5.

7. Проделайте те же опыты по пунктам  2 - 6 с  перегрузками  в  10 и  20 г, изменив массу грузов вдвое.

8. Найдите среднее значение ускорения свободного падения g по всем измерениям.

9. Оцените абсолютную и относительную погрешность нахождения ускорения свободного падения g по методу Стьюдента. Результат запишите в стандартном виде.

(м/с2); = ... ; при = 0.95.

Задание 2

Определение ускорения свободного падения  g  с учетом трения в подшипниках оси блока

Разность масс грузов в нашем эксперименте составляет всего 2 - 10 % от их суммарной массы (при большей разности масс движение грузов становится слишком быстрым, что приводит к выходу из строя установки). При этом на результаты эксперимента заметно влияет трение в подшипниках оси блока. Введя в уравнение движения грузов некоторую "эффективную" силу сопротивления F, получим уравнение движения грузов с учетом силы трения

                              (3)

откуда

                                 (4)

Отношение  в случае сухого трения в первом приближении постоянно.

Рассчитайте коэффициенты  для каждого значения массы и заполните табл.1.

Построив график зависимости ускорения а от величины , и убедившись в том, что эта зависимость линейная, найдите g как угловой коэффициент графика. Ускорение свободного радения можно найти также как

                                                     (5)

где a- разность между ускорениями системы при разных массах, разность k=k1k2  при соответствующих массах.

Сравните полученный результат с результатом, полученном в первом  задании.

Отношение  можно найти как экстраполированное значение произведения kg, при котором  a = 0.

Контрольные вопросы

1. Кинематические характеристики точки, движущейся прямолинейно -траектория, перемещение, путь, скорость, ускорение.

2. Кинематические характеристики точки движущейся по окружности -угол поворота, угловая скорость, угловое ускорение. Связь между линейными и угловыми кинематическими характеристиками.

3. Динамика поступательного движения. Понятие о силе. действующей на частицу и о массе частицы. Уравнение движения частицы.

4. Сила сухого трения, коэффициент трения. Другие виды силы трения. Движение и положение тела на наклонной плоскости при разных углах наклона.

5. Вывод основной рабочей формулы (2), а также учет сил трения и других факторов на вычисление ускорения свободного падения.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

66994. Про доброту і милосердя 310 KB
  Хто ж винен у ситуації до якої потрапив вовк Чи викликає у вас симпатію герой байки Чому Як можна допомогти вовкові 2. Як це не кайся Яку частину прислівя можна сказати саме вовкові ІІІ. Що можна віднести до милосердя А що ви вважаєте немилосердним ІІІ група Будь привітним.
66995. Доля, що дарує Надію 33.5 KB
  Одного разу Ніна Михайлівна їхала в поїзді і раптом почула по радіо повідомлення що пасажирці цього поїзду терміново потрібна донорська кров. Був випадок коли після забору крові прийшов вагон з мукою і Ніна Михайлівна пішла його розвантажувати. Ніна Михайлівна дістає із шухляди скриньку з паперами.
66996. Урок обучения грамоте 38 KB
  Формировать умение выделять эти звуки в речи. Ой что за звуки мы слышим сейчас Звучат голоса курицы и петуха гусей. Ребята что за интересные звуки сейчас прозвучали в нашем классе Какую песенку пропел петух Какие знакомые нам звуки вы услышали в пении петуха Запишите какими буквами они обозначаются.
66997. Письмо строчной буквы -з-, слогов и слов с ней 38.5 KB
  Цель: учить писать строчную букву –з-, соединять с другими буквами; развивать фонематический слух; познавательные возможности, тактильную память, умения анализировать, сравнивать; воспитывать самостоятельность, любовь к животным. Оборудование: оформление игровых моментов.
66998. Письмо великої букви Е. Підготовчі графічні вправи. Написання складів, слів та речень 119 KB
  Як назвати одним словом їх усіх Квіти Які квіти згадуються у віршику Які інші квіти ви знаєте Назвіть свою найулюбленішу квітку. Де ростуть ці квіти А чи можемо ми їх зараз побачити Чому Я вам пропоную поглянути на дошку. У назвах яких квітів є звук...
66999. Українська народна казка «Мудра Дівчина» 36.5 KB
  Мета: Ознайомити учнів з соціально-побутовою казкою, відображенням народного побуту, місцем подій у казці, особливостями мови; розвивати вміння розрізняти відмінність соціально-побутових казок від інших фольклорних казок; розвивати в учнів стійкий інтерес до театрально-ігрової діяльності казкових персонажів.
67000. Закріплення вміння вимовляти звуки (д), (д‘), вивчення букви Д , д. Розвиток мовлення на тему “Природа. Овочі.” Глухі та дзвінкі приголосні звуки 59 KB
  Закріпити вміння вимовляти та впізнавати звуки [д] [д‘] в словах та позначати їх буквою д де; розвивати фонематичний слух мовлення мислення ; спостерігати за вимовою звуків [д] [т]; активізувати словниковий запас учнів. Сьогодні ми закріпимо знання про вивчені букви і звуки ознайомимося з новою буквою пограємо в мовні ігри...
67001. Закріплення звукового значення букви «Ї». Опрацювання тексту «Наша Батьківщина». Робота з дитячою книгою «Моя Батьківщина – Україна» 503.5 KB
  Мета. Закріпити знання про звукове значення букв «Ї», »ї», удосконалювати навички читання та звукового аналізу слів; познайомити учнів з видатними місцями України, формувати уявлення про її красу та неповторність; розвивати зв’язне мовлення, увагу, спостережливість, пам’ять...
67002. ПИСЬМО СРОЧНОЙ БУКВЫ -К-, СЛОГОВ И СЛОВ К НЕЙ 77.14 KB
  Написание строчной буквы -к-. - от начала первой строчки до середины напишем два элемента буквы. от середины до конца строчки. все элементы буквы. ( , к) - поменяйтесь прописями и найдите красавицу. 2) письмо слогов с буквой -к-. - карлсону очень хочется стать помощником капитана.