Читайте также:
|
Машина Атвуда (рисунок 2.1) изобретена в 1784 г. и предназначена для изучения законов поступательного движения тел под действием постоянной силы. Установка представляет собой блок 1, через который перекинута нить. На концах нити закреплены основные грузы равной массы М, на которые можно помещать дополнительные грузы (перегрузки), масса каждого из которых равна m. В исходном состоянии левый груз удерживается электромагнитом 2 в крайнем нижнем положении.
Пусть на правый основной груз помещено N 1, а на левый N 2 дополнительных грузов, причем N 1> N 2. Общая масса m 1=(М + N 1 m) правого набора грузов (основного и дополнительных) превышает общую массу m 2=(М + N 2 m) левого набора грузов, вследствие этого после отключения электромагнита система приходит в движение и начинается отсчет времени движения.
Установка снабжена линейкой для измерения пути, который проходит правый груз, и автоматической системой отсчета времени движения 3. При достижении правым грузом финишной платформы 4 отсчет времени движения прекращается.
В установке реализованы условия, при которых массой нити и силами сопротивления движению можно пренебречь (легкая нить и малые скорости движения). При этих условиях из сил, приложенных к грузам и блоку, необходимо учитывать только силы тяжести 
, 
, действующие на грузы, и силы натяжения 
, 
нити.
Покажем, что при этом движение системы грузов будет равноускоренным. Пренебрежем массой блока. Запишем формулу второго закона Ньютона для каждого из тел системы:
(2.9)
Запишем проекции этих векторных равенств на ось ОХ. При этом учтем, что блок и нить невесомы, следовательно, Т 1 = Т 2 = Т. Кроме того, нить нерастяжима, следовательно, а 1 = а 2= а.
С учетом этого получаем:
Вычтем из первого уравнения второе:
, (2.10)
откуда
. (2.11)
Уравнение (2.10) можно рассматривать как запись второго закона Ньютона для тела массой 
, на которое действует равнодействующая сила
(2.12)
Из формул (2.11), (2.12) следует, что при фиксированных значениях величин N 1 и N 2 результирующая сила Fp и ускорение системы грузов постоянны.
Таким образом, данная установка позволяет, во-первых, проверить справедливость закона равноускоренного движения (2.8). В эксперименте начальная координата правого груза и начальная скорость грузов равны нулю, а конечная координата правого груза равна пройденному пути S. При этих условиях закон движения (2.8) принимает вид:
S = at 2/2. (2.13)
Задавая путь и измеряя время движения, можно экспериментально проверить справедливость закона(2.13).
Во-вторых, перекладывая перегрузки с правого основного груза на левый, можно, не изменяя массы системы, изменять результирующую силу. Это позволяет изучить влияние силы на ускорение системы постоянной массы, то есть проверить справедливость второго закона Ньютона для тела постоянной массы.
Дата добавления: 2015-01-12; просмотров: 14 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |