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 секундомера.
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.
Второй закон Ньютона для каждого из тел системы в предположении невесомости блока и отсутствия трения дает
(12)
где Т1,2 – силы натяжения нити, m – масса каждого груза, Dm – масса перегрузка, а – ускорение системы.
В проекциях на вертикальную ось ОY получаем соотношения
(13)
Отсюда, так как Т1 = Т2, ускорение движения системы равно
(14)
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 Dm.
В случае равноускоренного движения скорость грузов v и их перемещение DS за время t определяются уравнениями
(15)
Так как начальная скорость в опытах на машине Атвуда обычно равна нулю и движение условно начинается из начала координат, то
(16)
Будем называть первое из этих соотношений законом скоростей, а второе законом перемещений.
Соотношения (16) могут быть проверены экспериментально.