Описание установки и метода измерений. Соотношения (2) и (3) являются следствиями второго закона Ньютона и их можно проверить на машине Атвуда

Соотношения (2) и (3) являются следствиями второго закона Ньютона и их можно проверить на машине Атвуда.

Принцип устройства машины Атвуда показан на рис. 1. На вертикальной стойке 1 с сантиметровыми делениями расположен легкий блок 2. Через блок перекинута нить с подвешенными на её концах грузами C₁ и C₂ равной массы m. Груз С₁ удерживается в нижнем положении электромагнитом. На грузы помещаются перегрузки с разными массами (на рис. 1 не показаны)_. Время движения грузов измеряется электронным секундомером 3 с цифровой индикацией 4, который находится на основании 5 прибора. К электронному секундомеру подключены фотоэлектрические датчики 6 и 7. Датчик 7 включает секундомер, а датчик 6 – выключает. На лицевой панели прибора рас­

Рис. 1 положены также три клавиши: 10 (сеть) –

выключатель сети; 8 (пуск) – отключение электромагнита и запуск секундомера; 9 (сброс) – включение электромагнита и подготовка секундомера к следующему измерению.

ЗАДАНИЕ № 1

Цель работы: на машине Атвуда проверить следствие (2) второго закона Ньютона при постоянной движущейся массе. По результатам измерений необходимо определить отношение сил и отношение ускорений. Полученные результаты сравнить. Следствие (2) проверяется при движении системы тел под действием силы тяжести.

При движении системы грузов в подшипниках блока действует сила трения. Её можно компенсировать силой тяжести грузика, добавляемого к грузу C₂, движущемуся вниз. Если после компенсации силы трения на левый и правый грузы положить перегрузки массой m ₁ слева и m ₂ справа (m ₂ > m ₁), то они выведут систему из равновесия, и она будет двигаться равноускоренно.

Тогда результирующая сила F ₁, сообщающая системе тел ускорение a ₁, равна разности сил тяжести, действующих на перегрузки:

F ₁ = m ₂ g − m ₁ g = (m ₂ − m ₁) g. (4)

Если переложить перегрузок m ₁ с левого груза на правый, то ускорение системы тел a ₂ возрастет, и соответствующая результирующая сила будет равна

F ₂ = m ₂ g + m ₁ g = (m ₂ + m ₁) g. (5)

Отношение сил X ₁ есть

По условиям опыта под действием разных сил F ₁ и F ₂ система тел проходит равноускоренно одинаковый путь h, поэтому

Отношение ускорений X ₂ есть