Исследование динамики равноускоренного движения (Лабораторная работа М-5)

Лабораторная работа М-5

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ

РАВНОУСКОРЕННОГО ДВИЖЕНИЯ

1. Цель работы

 

 Изучение законов Ньютона и уравнений движения материальной точки, экспериментальное исследование зависимости параметров равноускоренного движения от действующих сил, опытное определение ускорения свободного падения.

2. Подготовка к работе

Изучите теоретический материал по рекомендуемой литературе [1-3]: законы Ньютона, инерциальные системы отсчёта, уравнение движения, сила тяжести. Ознакомьтесь с устройством лабораторного стенда и методом опытного определения ускорения свободного падения, используемом в данной лабораторной работе. Подготовьте в конспекте ответы на вопросы к допуску, изучите функциональные зависимости и их качественные графики, которые используются для выполнения работы.

3. Вопросы для допуска к лабораторной работе

1. Сформулируйте первый закон Ньютона. Какие системы отсчёта называются инерциальными?

2. На каком участке движения систему отсчёта, связанную с грузом 2 лабораторной установки (см. рис. 1), можно считать инерциальной?

3. Сформулируйте второй закон Ньютона. Что называется уравнением движения МТ?

4. Запишите уравнения движения на основе второго закона Ньютона для каждого груза лабораторной установки на участке равноускоренного движения.

5. Сформулируйте третий закон Ньютона. Приведите примеры выполнения третьего закона для сил, действующих на тела в лабораторной установке.

6. Выведите формулу для силы натяжения нити Т при равноускоренном движении грузов на основе уравнений движения.

7. Покажите, что при очень малой массе перегрузка (Dm<<m) выполняется приближенное равенство , а при  ускорение грузов стремится к ускорению свободного падения.

7. Какова последовательность выполнения измерений для опытного определения ускорения свободного падения g в данной лабораторной работе?

4. Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Т. I, гл. 2. М.: Наука, 1998 г.

5. Методика проведения эксперимента и описание установки

Установка для изучения законов равноускоренного движения, изображённая на рис. 1 (машина Атвуда), состоит из двух грузов 1 и 2 одинаковой массы, связанных нитью, перекинутой через лёгкий блок 3 (влиянием блока на движение грузов можно пренебречь). Если на один из грузов поместить небольшой перегрузок 4, то грузы начнут двигаться равноускоренно, при этом величина ускорения будет зависеть от массы перегрузка.

3                                                     4                        6                         5                            2        Sу        1                                                                  Sp                                              8                 7 Рис.1.

Для измерения скорости равноускоренного движения в установке применён способ, основанный на фундаментальном свойстве тел двигаться по инерции, как только прекращается действие сил, вызывающих ускорение. На штанге 6 закреплена платформа 5, которая автоматически снимает перегрузок в момент прохождения через неё верхней части груза2. При этом причина ускорения исчезает и далее, на участке S_p груз движется равномерно с той самой скоростью, которую он приобрел к концу участка равноускоренного движения длиной S_у.

В данной лабораторной работе исследуются динамические закономерности движения грузов, т.е. зависимость ускорения и скорости движения от сил, действующих на грузы.

Составим, в соответствии со вторым законом Ньютона, уравнения движения для грузов в соответствии с рис. 2.

y                                                                                                                                                                                                                                     x Рис. 2.