Для студентов первого курса всех специальностей
К лабораторному практикуму по механике
Воронеж 2005
Составители: канд. физ.-мат. наук Евсюков В. А., канд. физ.-мат. наук А.Г. Москаленко, канд. физ.-мат. наук Н.В. Матовых, канд. физ.-мат. наук И. А. Сафонов, канд. физ.-мат. наук А.Ф. Татаренков, канд. пед. наук О. С.Хабарова.
УДК 531 (07)
Методические указанияк выполнению лабораторного практикума по механике для студентов первого курса всех специальностей/ Воронеж. гос. техн. ун-т; Воронеж, 2005, 58 с.
Методические указания содержат описание методик измерения, приборов и порядок выполнения лабораторных работ № 1.1 - 1.10, поставленных и выполняемых в учебных лабораториях ВГТУ.
Предназначено для студентов всех специальностей и всех форм обучения.
Ил. 20. Библиогр. 6 назв.
Рецензент канд. физ.- мат.наук А.А. Долгачёв
Ответственный за выпуск зав. кафедрой общей физики механико-технологического профиля, профессор
В.С.Железный
Печатается по решению редакционно–издательского совета Воронежского государственного технического университета
© Воронежский государственный
технический университет, 2005
| |
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА
Лабораторная работа 1.1.
Приборы и принадлежности: машина Атвуда, миллисекундомер, набор грузов и перегрузков.
Цель работы: ознакомление с методикой измерения ускорения свободного падения и проверка законов динамики.
1.1. Описание прибора и методика измерений
Рис 1.1
Машина Атвуда предназначена для исследования движения тел в поле земного тяготения. Устройство машины изображено на рис.1.1. Блок 
массой 
может свободно вращаться вокруг оси, укрепленной в верхней части стойки. Через блок перекинута нить, к концам которой подвешены два груза равных масс 
. Если на правый груз поместить один или несколько перегрузков, то представленная самой себе система грузов начнет двигаться с ускорением. В начале опыта блок 
фиксируется с помощью электромагнита. При выключении тока, текущего через электромагнит, блок освобождается и система приходит в движение. На основании законов динамики поступательного и вращательного движений получим следующие уравнения:
, (1.1)
, (1.2)
, (1.3)
где 
- момент инерции блока 
; 
-
угловое ускорение блока; 
и 
- силы натяжения правой и левой частей нити; m – масса перегрузка.
Решение данной системы уравнений даёт следующее выражение для g:
. (1.4)
Для определения ускорения 
грузов рассмотрим движение правого груза на участке пути 
. Так как начальная скорость равна нулю, то
, (1.5)
где 
- конечная скорость на участке 
.
В конце пути S1 перегрузок 
снимается с правого груза 
неподвижным кольцом 
,после чего система грузов начинает двигаться равномерно со скоростью, приобретенной в конце участка S1.
Измеряя путь S2 и время t равномерного движения правого груза на этом пути, можно определить скорость u, а затем по формуле (1.5) ускорение. При этом:
. (1.6)
Теперь легко получить формулу для ускорения свободного падения:
. (1.7)
Пути S1 и S2 определяются по шкале прибора.
Порядок выполнения работы
1. Убедиться, что прибор установлен строго по вертикали и правый груз М свободно проходит сквозь съемное кольцо 
.
2. Включить прибор клавишей СЕТЬ, при этом клавиша СБРОС должна быть отжата, а клавиша ПУСКнажата.
3. Положить на правый груз перегрузок и поднять груз вверх, совместив нижнюю грань груза с чертой, нанесенной на верхнем кронштейне.
4. Отжать клавишу ПУСК, зафиксировав тем самым груз в верхнем положении.
5. Измерить по миллиметровой шкале на стойке прибора пути равноускоренного S1 и равномерного S2 движений груза.
6. Нажать клавишу ПУСК.
7.Записать измеренное миллисекундомером время движения груза на пути S2.
8. Нажать клавишу СБРОС и проверить обнуление показаний прибора и выключение электромагнита.
9. Поднять правый груз вверх и повторить опыт. Измерения проводить не менее пяти раз, после чего определить среднее значение времени движения груза на участке S2 при заданном перегрузке. Данные измерений внести в табл. 1.1.
10. Определить по формуле (6) ускорение системы a, подставив среднее значение времени t, и полученный результат записать в табл. 1.1.
11. Рассчитать по формуле (1.7) значение ускорения свободного падения g и записать в табл. 1.1.
12. Повторить опыт дважды, взяв перегрузки в наборе из 2 колец другой массы. Результаты записать в таблицы, аналогичные табл. 1.1, и рассчитать соответствующие значения g.
Таблица 1.1
| Номер опыта | m,кг | S1 ,м | S2,м | t,c | a,м /с2 | g, м /с2 |
| --------- --------- | ------- ------- | -------------- | -------------- | ------ ------ | -------------------------- | ---------------------- |
13. Сделать оценку погрешности полученного результата.
Контрольные вопросы
1. Определения (понятия) кинематических характеристик движущейся точки.
2. Закон движения точки в векторной и координатной формах.
3. Сформулируйте законы динамики материальной точки (поступательного движения твердого тела).
4. Закон всемирного тяготения. Понятие напряженности и потенциала гравитационного поля.
5. Сила тяжести и вес тела. Состояние невесомости.
6. Зависимость ускорения свободного падения от географической широты местности.