рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда

Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда - Лабораторная Работа, раздел Физика, Кинематика и динамика поступательного движения Изучение Кинематики И Динамики Поступательного Движения На Машине Атвуда. Цел...

Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда. Цель работы Экспериментальная проверка основных уравнений и законов поступательного движения тела на специально сконструированной для этого лабораторной установке - машине Атвуда.

Идея эксперимента Несмотря на то, что основные уравнения кинематики и динамики прямолинейного движения имеют простую форму и не вызывают сомнения, экспериментальная проверка этих соотношений весьма сложна.

Трудности возникают в основном по двум причинам. Во-первых, при достаточно больших скоростях движения тел необходимо с большой точностью измерять время их движения. Во-вторых, в любой системе движущихся тел действуют силы трения и сопротивления, которые трудно учесть с достаточной степенью точности. Определим, например, время падения тела с высоты h 1,0 м при g равным 9,8 м с2 . 1.1 Если при выполнении эксперимента по определению g по времени падения тела с указанной высоты допускается погрешность в измерении времени равная 0,01 с, т. е. возможно получение значений времени 0,46 с или 0,44 с, разброс результатов измерений получается недопустимо большим g 9,4 - 10,3 м с2. С целью уменьшения влияния точности измерения времени на результаты измерений можно, например, резко увеличить высоту падения.

Но при падении с больших высот достигаются большие скорости движения, что приводит к резкому увеличению сопротивления воздуха, которое трудно учесть. Трудности рассмотренного опыта связаны с большим значением ускорения свободного падения.

Так как ускорение большое, то тело быстро набирает скорость, а при этом или время падения мало и его трудно точно измерить, или сама расчетная формула неточна, т. к. не учитывает трение. Уменьшить ускорение и одновременно максимально уменьшить силу сопротивления можно с помощью устройства, которое называют машиной Атвуда. Экспериментальная установка Машина Атвуда рис. 3 состоит из легкого блока Б, через который переброшена нить с двумя равными грузами на концах масса обоих грузов одинакова и равна m. Грузы могут двигаться вдоль вертикальной рейки со шкалой Ш. Если на правый груз положить небольшой перегрузок, грузы начнут двигаться с некоторым ускорением. Кольцевая полочка П1, которая может закрепляться в любом положении, предназначена для свободного прохода груза и для снятия перегрузка.

Для приема падающего груза служит полочка П2. Время движения грузов может измеряться с помощью ручного или стационарного се-кундомера.

Машина Атвуда может быть электрифицирована, т. е. снабжена электромагнитной муфтой-пускателем и автоматическим секундомером. Трение в машине Атвуда сведено к минимуму, но для возможно полной компенсации сил трения масса правого груза делается немного больше массы левого с помощью дроби или пластилина. Операция балансировки, выполняется с таким расчетом, чтобы грузы не перевешивали друг друга, но от легкого толчка вниз правого груза вся система приходила в равномерное движение.

При расчетах можно считать массы грузов одинаковыми. Для выполнения работы машина Атвуда должна быть установлена строго вертикально, что легко проверить по параллельности шкалы и нити. Кроме того, в тех опытах, где используется кольцевая полочка, положение ее должно быть отрегулировано так, чтобы грузы проходили через кольцо не касаясь его, а перегрузок легко снимался и оставался на полочке. Теория Второй закон Ньютона для каждого из тел системы в предположении невесомости блока и отсутствия трения дает , 1.2 где Т1,2 - силы натяжения нити, m - масса каждого груза, m - масса перегрузка, а - ускорение системы. В проекциях на вертикальную ось ОY получаем соотношения 1.3 Отсюда, так как Т1 Т2, ускорение движения системы равно . 1.4 Из этого выражения видно, во-первых, что ускорение не зависит от времени, что доказывает равноускоренный характер движения грузов.

Во-вторых, видно, что изменять ускорение можно, меняя массу перегрузка m. В случае равноускоренного движения скорость грузов v и их перемещение S за время t определяются уравнениями . 1.5 Так как начальная скорость в опытах на машине Атвуда обычно равна нулю и движение условно начинается из начала координат, то . 1.6 Будем называть первое из этих соотношений законом скоростей, а второе законом пе- ремещений.

Соотношения 1.6 могут быть проверены экспериментально. Проведение эксперимента Задание 1. Проверка закона скоростей Измерения 1. Проверяют вертикальность установки машины Атвуда.

Балансируют грузы. 2. Укрепляют на шкале кольцевую полочку П1. Регулируют ее положение. 3. Накладывают на правый груз перегрузок в 5-6 г. 4. Двигаясь равноускоренно из верхнего положения до кольцевой полочки, правый груз проходит путь S1 за время t1 и приобретает к концу этого движения скорость v рис. 5 . На кольцевой полочке груз сбрасывает перегрузок и дальше движется равномерно со скоростью, которую он приобрел в конце разгона. Для определения ее следует измерить время t2 движения груза на пути S2. Таким образом, каждый опыт состоит из двух измерений сначала измеряется время равноускоренного движения t1, а затем груз повторно запускается для измерения времени равномерного движения t2. 5. Проводят 5-6 опытов при различных значениях пути S1 с шагом 15-20 см. Путь S2 выбирается произвольно.

Полученные данные заносят в таблицу 1.1. отчета Обработка результатов. 1. По полученным данным строят график зависимости v f t. Точку t 0, v 0 на графике не откладывают. 2. Если экспериментальные точки ложатся на прямую с небольшим разбросом и прямая проходит через начало координат, то можно сделать вывод о выполнении закона скоростей. 3. Для определения с помощью полученного графика ускорения движения сначала необходимо получить точное уравнение экспериментальной прямой.

Для этого применяют метод наименьших квадратов МНК . Угловой коэффициент прямой, т.е. значение коэффициента k в полученном уравнении, равен ускорению а. 4. По формулам МНК определяют погрешность измерения а. Задание 2. Проверка закона перемещений 1. Снимают с машины кольцевую полочку. 2. На правый груз накладывают перегрузок в 5-6 г. 3. Измеряют время прохождения грузом расстояний в 20, 40, 60 и т.д. см - всего 6-7 опытов.

Полученные данные заносят в таблицу 1.2 отчета. 4. Зависимость S f t - квадратичная функция, а ее график - парабола. Однако ее графическая идентификация узнавание невозможна. Поэтому строят график зависимости S f t2 . Точку t 0, S 0 на графике не откладывают.

Если экспериментальные точки ложатся на прямую с небольшим разбросом и прямая проходит через начало координат, то можно сделать вывод о выполнении закона перемещений. 5. Как и в задании 1 для линеаризации зависимости применяют МНК. С помощью полученного уравнения находят ускорение движения и определяют погрешность его измерения. 6. Зная массы грузов и перегрузка, из формулы 1.4 находят ускорение свободного падения. Учитывая погрешности измерения масс грузов и перегрузка, находят относительную и абсолютную погрешность измерения ускорения свободного падения.

Задание 3. Проверка второго закона Ньютона. Поскольку ускорение движения является функцией двух переменных - силы и массы, то изучение второго закона Ньютона выполняется путем раздельного исследования двух зависимостей 1 зависимости ускорения от действующей силы при постоянной массе системы и 2 зависимости ускорения от массы системы при постоянной действующей силе. Исследование зависимости ускорения от силы при постоянной массе Измерения и обработка результатов 1. Тщательно балансируют грузы, выбрав их массы в пределах 150 - 200 г каждый. 2. Затем на правый груз последовательно накладывают перегрузки.

В результате в системе появляется движущая сила равная mg, где m - суммарная масса перегрузков. При этом, конечно, общая масса системы незначительно увеличивается, но этим изменением массы по сравнению с массой грузов можно пренебречь, считая массу системы постоянной. 3. Измеряют время равноускоренного движения системы на пути, например, 1 метр. Все данные заносят в таблицу 1.3 отчета. 4. Пользуясь законом путей 1.6 , вычисляют ускорение а. 5. Поводят еще 5-6 опытов, последовательно увеличивая массу перегрузков. 6. Строят график зависимости ускорения движения от действующей силы. Точку F 0, a 0 на графике не откладывают.

Если экспериментальные точки ложатся на прямую с небольшим разбросом и прямая проходит через начало координат, то можно сделать вывод о том, что ускорение действительно прямо пропорционально силе. 7. По угловому коэффициенту полученной прямой определяют массу системы и сравнивают ее реальной массой.

Исследование зависимости ускорения от массы при постоянной силе Измерения и обработка результатов 1. Все опыты проводят с одним и тем же перегрузком, т.е. при постоянной действующей силе. Ускорение системы измеряется также как и в предыдущем задании. 2. Для изменения массы системы одновременно на правый и левый груз кладут дополнительные одинаковые грузы.

Все данные записывают в таблицу 1.4 отчета. 3. График обратно пропорциональной зависимости ускорения от массы представляет собой гиперболу, которую невозможно идентифицировать. Для проверки предположения об обратно пропорциональной зависимости между ускорением и массой необходимо построить график зависимости ускорения от обратного значения массы системы a f М-1 . Подтверждением предположения является прямолинейность этого графика. 4. По угловому коэффициенту полученной прямой определяют значение приложенной силы и сравнивают ее с реально действующей в системе.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Кинематика и динамика поступательного движения

С физическим экспериментом студент знакомится уже на лекционных занятиях по физике. Но приобщение его к экспериментальным методам и приемам… Перечень работ, предлагаемых в данном Практикуме, предназначен для студентов-… Практикум по механике содержит инструкции и методические указания к выполнению работ, построенных единообразно, по…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Математическая обработка результатов измерений
Математическая обработка результатов измерений. Под измерением понимают сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу измерения. Измерения подразделяются на прямые и косвенн

Изучение вращательного движения твердого тела
Изучение вращательного движения твердого тела. Цель работы Экспериментальная проверка основного уравнения динамики вращательного движения твердого тела вокруг закрепленной оси. Идея эксперимента В

Изучение законов сохранения энергии и импульса при ударе
Изучение законов сохранения энергии и импульса при ударе. Цель работы Ознакомиться с явлением удара на примере соударения подвешенных на нитях шаров. Идея эксперимента Исследование упругого и неупр

Определение скорости полета пули методом баллистического маятника
Определение скорости полета пули методом баллистического маятника. Цель работы Изучение практического приложения теории неупругого удара, а также законов сохранения импульса и энергии. Идея

Изучение физического маятника
Изучение физического маятника. Цель работы Изучение основных закономерностей колебательного движения физического маятника. Идея эксперимента В эксперименте исследуется физический маятник, представл

Изучение колебательного движения с помощью математического маятника
Изучение колебательного движения с помощью математического маятника. Цель работы Изучение основных закономерностей колебательного движения математического маятника. Идея эксперимента В эксперименте

Определение ускорения свободного падения при помощи оборотного маятника
Определение ускорения свободного падения при помощи оборотного маятника. Цель работы Изучение метода оборотного маятника для определения ускорения свободного падения. Идея эксперимента Применение о

Исследование собственных колебаний струны методом резонанса
Исследование собственных колебаний струны методом резонанса. Цель работы Произвести наблюдение формы собственных колебаний струны при неизменном ее натяжении и исследовать зависимость скорости расп

Определение скорости звука в воздухе
Определение скорости звука в воздухе. Цель работы Измерение скорости распространения звука в воздухе методом сложения перпендикулярных колебаний. Идея эксперимента В бегущей волне A A0cos t-

Определение модуля сдвига методом крутильных колебаний
Определение модуля сдвига методом крутильных колебаний. Цель работы Экспериментальное определение модулей сдвига различных материалов методом крутильных колебаний. Идея эксперимента Крутильн

Изучение деформации растяжения
Изучение деформации растяжения. Цель работы Изучение зависимости величины деформации твердого тела от напряжения при деформации растяжения. Идея эксперимента В эксперименте подвергается растяжению

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги