На рис.20. изображена машина Атвуда: на вертикальной стойке 5 крепится легкий блок 2, через который перекинута нить с двумя грузами 1 и 4. на один из них (4) помещается перегрузок 3. на стойке 5 имеется шкала, по которой определяют начальное и конечное положение грузов с помощью визира. В верхней части стойки расположен электромагнитный тормоз, с помощью которого фиксируется начальное положение грузов.
Если отключить электромагнит, грузы начнут двигаться (рис.21.). На каждый из грузов действует сила тяжести и сила натяжения нити. Предположим, что сила трения мала, тогда динамические уравнения в векторной форме запишутся в следующем виде:
Где M – масса груза, m – масса перегрузка.
Если ввести ось OX, то в скалярном виде получим следующие уравнения:
Если принять, что нить не растяжима то 
. Предположим, что масса нити и блока мала, тогда 
. Получим систему двух уравнений:
Решая эту систему получим:
(98)
Следовательно, при неизменных m и M движение грузов является равноускоренным (
).
Кинематическое уравнение в этом случае, если начальная скорость равна нулю, запишется в виде:
(99)
Отсюда
(100)
где s – путь, пройденный грузом за время t.
Порядок выполнения работы:
- Включить установку нажав кнопку «Сеть» на задней панели электронного блока ФМ1/1.
- Поднять груз 4 с перегрузом 3 в верхнее положение. Расстояние до нижнего кронштейна с фотоэлементом должно быть не менее 5 см.
- Нажать кнопку «Пуск» электронного блока, и убедиться, что секундомер включился.
- Записать время t движения груза в таблицу формы 6.
Форма 6.
| S(см) | 
| 
| 
| |||
| 
|
|
|
|
| |
| Среднее значение |
- Нажать кнопку «Сброс» электронного блока ФМ1/1.
- Повторить опыт не менее 5 раз.
- Изменить верхнее положение груза 4. Произвести измерение времени при нескольких (не менее трех) значениях пути S, проходимого грузом.
- Изменить массу груза и (или) перегрузка (повторить измерения 5 раз по указанию преподавателя.)
Обработка результатов измерений:
- Определить средние значения времени < t > прохождения пути S грузом с грузом 4.
- Рассчитать значение ускорения, по формулам (98) и (100).
- Для ускорения, рассчитанного по формуле (100), оценить абсолютную погрешность
по формуле
(101)
где 
- абсолютная погрешность измерения пути, 
- абсолютная погрешность измерения времени. Записать результаты в стандартной форме.
- Сравнить полученные значения ускорений. Сделать вывод.
- Для проверки формулы (99) построить график зависимости пути S от
. Если в таких координатах экспериментальные точки дадут линейную зависимость 
, где 
, 
,
то движение грузов равноускоренное.
- Определить значение ускорения графическим путем:
(102).
- Используя экспериментальное значение ускорения, рассчитанное по формуле (100), определить ускорение g свободного падения из формулы (98).
- Рассчитать значение g для Череповца по формуле:
где 
- географическая широта (для Череповца 
)
h – высота над уровнем моря (для Череповца h =140 м)
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Какое движение называется поступательным, прямолинейным, равноускоренным?
2. Какие силы действуют на груз с перегрузком во время движения?
3. Запишите кинематические и динамические уравнение движения для каждого из грузов.
4. Укажите возможные причины, обуславливающие несовпадение теоретических выводов с результатами измерений.
5. Каким образом из линеаризованного графика 
можно оценить систематическую погрешность измерения времени?
6. Укажите физические допущения, используемые при теоретическом анализе движения грузов в машине Атвуда.
