Изучение законов движения тела под действием постоянной силы (Лабораторная работа № 1), страница 2

2  С помощью ножек 7, установите колонку 1 в вертикальном положении. При этом груз 14 должен свободно проходить сквозь кольцо 16 и датчики 17 и 19.

3  Установить датчик 17 на расстоянии H=5 см от датчика 19.

4  Поместить на груз 14 указанный перегрузок и установить его на уровне датчика 17, измерить время прохождения грузов расстояния H. Измерения времени провести не менее пяти раз. Результаты измерения занести в таблицу 1 и обработать, вычислив наилучшее значение  и абсолютную погрешность .

5  Последовательно увеличивая расстояние H на 5 см в интервале от 5 до 40 см, повторить измерения, описанные в пункте 4. Результаты занести в таблицу 1 и обработать.

6  По данным таблицы 1 построить график зависимости H(t) и убедиться в справедливости соотношения (1.6).

7  Используя график зависимости H(t) проверить справедливость соотношения (1.7).

8  По данным таблицы 1 построить график зависимости  и с его помощью определить ускорение a движения грузов.

9  Сделать выводы.

Упражнение 2 Исследование зависимости скорости от времени при равноускоренном движении

В упражнении проверяется справедливость формулы (1.5). Получим выражение удобное для экспериментальной проверки этого соотношения на данной установке. Пусть груз 14, с помещенным на нем перегрузом, начинает движение без начальной скорости от кронштейна 5 (рис. 1). На пути между кронштейном 5 и датчиком 17, груз будет двигаться равноускоренно.

Следовательно

,                                                   (1.8)

где t - время прохождения грузом пути h.

Согласно (1.5), в конце пути h, груз 14 приобретает скорость и вместо (1.8) можно записать

.                                                   (1.9)

Путь H между датчиками 17 и 19, после снятия перегрузка кольцом 16, груз 14 проходит равномерно со скоростью V, приобретаемой им в конце пути. Если время движения груза по пути H равно t, то  и (1.9) принимает вид

.                                                 (1.10)

Изменяя значение H и h при одном и том же перегрузке, из (1.10) получаем

                                    (1.11)

Экспериментальная проверка соотношения (1.11) позволяет сделать вывод о справедливости выражений (1.5) и (1.6), использованных при его выводе.

Выполнение упражнения 2

1  Установить датчик 17 на заданной высоте H.

2  Поместить на груз 14 кольцеобразный перегрузок и измерить время  прохождения грузом пути . Измерения выполнить не менее пяти раз. Результаты измерений занести в таблицу 2 и обработать.

3  Установить датчик 17 на высоте , определить время , аналогично пункту 2.

4  Проверить справедливость формулы (1.11), учитывая погрешность измеренных величин.

5  Сделать выводы.

Упражнение 3 Исследование зависимости ускорения от величины приложенной силы

При выполнении этого упражнения необходимо, чтобы движущаяся масса оставалась постоянной, а величина действующей силы изменялась. Это можно осуществлять, перекладывая перегрузки массами  и  с одного груза на другой.

Сила, приводящая систему в движение, равна разности весов правого и левого движущихся тел. Если оба перегруза на правом грузе 14, то

.                                    (1.12)

Если перегруз меньше массы  переложить на левое тело (груз 13)

.                                   (1.13)

Для двух отмеченных случаев, на основании второго закона Ньютона можем записать

 и ,         (1.14)

где 2m-масса грузов 13 и 14.

Из (1.12), (1.13), (1.14) имеем

.                                       (1.15)

Определив значение a из формулы (6) и считая, что h на протяжении опыта не изменяется, окончательно получаем

.                                        (1.16)

Выполнение упражнения 3

1  Установить датчик 17 на заданной высоте H.

2  Поместив на груз 14 (правый груз) два перегрузка с массами  и  и установив его на уровне датчика 17, измерить время  равноускоренного движения груза. Измерения провести не менее пяти - семи раз. Результаты занести в таблицу 3 и обработать.

3  Поместив перегруз меньшей массы () на левый перегруз (груз 13), повторить измерения пункта 2.

4  Проверить справедливость формулы (1.16) с учетом погрешности измеренных величин.

5  Сделать выводы.

Вопросы для самоконтроля

1  Способы задания движения материальной точки (естественная, координатная и векторная формы).

2  Скорость и ускорение. Нормальное и тангенциальное ускорения.

3  Построить график зависимости a(t), V(t) и x(t) для различных случаев равноускоренного движения (a>0, a<0).

4  Доказать соотношение (2.7).

5  Рассчитать силу натяжения нити в машине Атвуда:

а) при равноускоренном движении грузов;

б) при равномерном движении грузов.

Литература

1  Матвеев А.Н.  Механика и теория относительности, М.

2  Сивухин Д.В.  Общий курс физики, т.1, М., 1979, 2-4.

3  Савельев И.В.  Курс общей физики, т.1, М., 1970, 1-9.