Хмельницький нацiональний унiверситет |
Лабораторна робота |
287. Фiзика
1. Вивчення законів динаміки поступального руху на машині Атвуда
• 1
Текст к ситуации Теоретичні відомості та опис приладу
Під дією зовнішніх сил тіла або змінюють швидкість руху, тобто набувають прискорення (динамічний прояв сил), або деформуються, тобто змінюють свою форму і розміри (статичний прояв сил). Тобто сила є мірою механічної дії на тіло зі сторони інших тіл або полів, в результаті якої тіло набуває прискорення або змінює свою форму і розміри.
Основний закон динаміки поступального руху (другий закон Ньютона) відповідає на запитання, як змінюється механічний рух матеріальної точки (тіла) під дією прикладеної сили: зміна імпульсу тіла за величиною і напрямом дорівнює векторній сумі імпульсів сил, що діють на це тіло:
, (1)
де dt - такий малий проміжок часу, протягом якого всі сили можна вважати постійними; імпульс сили; - імпульс тіла (кількість руху).
Цей вираз (рівність (1)) - загальне формулювання другого закону Ньютона.
Оскільки маса матеріальної точки (тіла) в класичній механіці є величина постійна, то з формули (1) одержуємо основне рівняння динаміки поступального руху:
або . (2)
.
Основний закон динаміки застосовується до одного тіла. Якщо на матеріальну точку (тіло) діє одночасно декілька сил, то, згідно принципу незалежності дії сил, під слід розуміти результуючу силу.
Основне рівняння динаміки обертового руху тіла навколо закріпленої осі:
. (3)
В лівій частині рівності (3) стоїть векторна сума моментів всіх сил відносно осі обертання. В правій частині: I - момент інерції тіла, що є мірою інертності при обертовому русі відносно даної осі і залежить від розподілу маси тіла відносно цієї осі; - кутове прискорення - величина, що вимірюється зміною кутової швидкості за одиницю часу.
Основне рівняння динаміки обертового руху застосовується до одного тіла.
Рис. 1
Машина Атвуда (рис.1) має вертикальну шкалу з сантиметровими поділками. На верхньому кінці шкали закріплено легкий алюмінієвий блок, що обертається з малим тертям навколо горизонтальної осі. Через блок перекинуто тоненьку нитку з прикріпленими до її кінців вантажами С і С' однакової маси m0 (маса їх відома). Вантаж С' у нижньому положенні утримується електромагнітом M. Якщо на вантаж С покласти додатковий тягарець масою m і виключити струм в обмотці електромагніту, то вся система почне рухатися рівноприскорено. У початковому положенні нижній край вантажу С повинен знаходитись проти нульової позначки шкали. До шкали, за допомогою притискних гвинтів прикріплюється суцільна платформа G.
Вважаючи нитку нерозтяжною і невагомою, записуємо динамічні рівняння руху всіх тіл системи (розглядаємо тіло з додатковим тягарцем як одне ціле):
(4)
де - прискорення вантажів; Т2 і Т1 - натяг лівої та правої частин нитки; I- момент інерції блока (відносно його осі); b - кутове прискорення; R - радіус блока; Мтр - момент сили тертя на осі блока, Мтр= Fтрr; r - радіус осі.
Розв`язуючи систему рівнянь (4), враховуючи, що , одержимо:
. (5)
Якщо , то .
Оскільки Мтр - постійна величина, то прискорення системи лінійно залежить від mg. При
(6)
Прискорення знаходимо за формулою шляху рівноприскореного руху без початкової швидкості:
, (7)
де S - відстань від початкового положення нижньої частини вантажу С до суцільної платформи, t - час руху на цьому шляху.
Щоб переконатись у справедливості рівнянь руху, слід визначити прискорення a для різних значень шляху S при різних додаткових тягарцях.
1 Продовжити виконання лабораторної роботи 2
• 2
Текст к ситуации ТЕСТ 1: ЗАКОНИ ДИНАМІКИ ПОСТУПАЛЬНОГО РУХУ НА МАШИНІ АТВУДА Щоб перейти до виконання лабораторної роботи Ви повинні засвідчити свої теоретичні знання. Для цього Ви маєте пройти тест. Якщо Ви не впевненні в своїх знаннях, то поверніться до теоретичних відомостей ще раз.
Здавши тест у Вас не буде змоги його перездати. Будьте уважні, час на кожну відповідь обмежений (до 60 сек.) в залежності від складності.
1 Назад до теорії 1
2 Здати тест 3
• 3
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №1. Другий закон Ньютона для прямолінійного поступального руху
1 0287-01-003-01.jpg 4
2 0287-01-003-02.jpg 4
3 0287-01-003-03.jpg 9
4 0287-01-003-04.jpg 4
• 4
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №2. Основний закон динаміки обертового руху.
1 0287-01-004-01.jpg 5
2 0287-01-004-02.jpg 10
3 0287-01-004-03.jpg 5
4 0287-01-004-04.jpg 5
• 5
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №3. Момент сили.
1 Моментом сили називають добуток сили на її плече 11
2 Момент сили - добуток сили на віддаль від осі обертання до точки прикладання сили 6
3 Моментом сили називають добуток моменту інерції тіла на його масу 6
4 Усі три варіанти невірні 6
• 6
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №4. Кутове прискорення.
1 0287-01-006-01.jpg 7
2 0287-01-006-02.jpg 7
3 0287-01-006-03.jpg 7
4 0287-01-006-04.jpg 12
• 7
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №5. Вираз для визначення тертя в підшипнику на машині Атвуда.
1 0287-01-007-01.jpg 8
2 0287-01-007-02.jpg 8
3 0287-01-007-03.jpg 13
4 0287-01-007-04.jpg 8
• 8
Текст к ситуации Ви не здали тест. Ваші результати: 0 балів . Тест треба перездати вірно відповівши на питання. Уважно прочитайте теоретичні відомості ще раз.
Увага!!!
Будьте уважні, час на кожну відповідь обмежений (до 60 сек.) в залежності від складності.
1 1
• 9
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №2. Основний закон динаміки обертового руху.
1 0287-01-009-01.jpg 10
2 0287-01-009-02.jpg 14
3 0287-01-009-03.jpg 10
4 0287-01-009-04.jpg 10
• 10
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №3. Момент сили.
1 Моментом сили називають добуток сили на її плече 15
2 Момент сили - добуток сили на віддаль від осі обертання до точки прикладання сили 11
3 Моментом сили називають добуток моменту інерції тіла на його масу 11
4 Усі три варіанти невірні 11
• 11
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №4. Кутове прискорення.
1 0287-01-011-01.jpg 12
2 0287-01-011-02.jpg 12
3 0287-01-011-03.jpg 12
4 0287-01-011-04.jpg 16
• 12
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №5. Вираз для визначення тертя в підшипнику на машині Атвуда.
1 0287-01-012-01.jpg 13
2 0287-01-012-02.jpg 13
3 0287-01-012-03.jpg 17
4 0287-01-012-04.jpg 13
• 13
Текст к ситуации Ви не здали тест. Ваші результати: 1 бал . Тест треба перездати вірно відповівши на питання. Уважно прочитайте теоретичні відомості ще раз.
Увага!!!
Будьте уважні, час на кожну відповідь обмежений (до 60 сек.) в залежності від складності.
1 1
• 14
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №3. Момент сили.
1 Моментом сили називають добуток сили на її плече 18
2 Момент сили - добуток сили на віддаль від осі обертання до точки прикладання сили 15
3 Моментом сили називають добуток моменту інерції тіла на його масу 15
4 Усі три варіанти невірні 15
• 15
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №4. Кутове прискорення.
1 0287-01-015-01.jpg 16
2 0287-01-015-02.jpg 16
3 0287-01-015-03.jpg 16
4 0287-01-015-04.jpg 19
• 16
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №5. Вираз для визначення тертя в підшипнику на машині Атвуда.
1 0287-01-016-01.jpg 17
2 0287-01-016-02.jpg 17
3 0287-01-016-03.jpg 20
4 0287-01-016-04.jpg 17
• 17
Текст к ситуации Ви не здали тест. Ваші результати: 2 бала . Тест треба перездати вірно відповівши на питання. Уважно прочитайте теоретичні відомості ще раз.
Увага!!!
Будьте уважні, час на кожну відповідь обмежений (до 60 сек.) в залежності від складності.
1 1
• 18
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №4. Кутове прискорення.
1 0287-01-018-01.jpg 19
2 0287-01-018-02.jpg 19
3 0287-01-018-03.jpg 19
4 0287-01-018-04.jpg 21
• 19
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №5. Вираз для визначення тертя в підшипнику на машині Атвуда.
1 0287-01-019-01.jpg 20
2 0287-01-019-02.jpg 20
3 0287-01-019-03.jpg 22
4 0287-01-019-04.jpg 20
• 20
Текст к ситуации Ви не здали тест. Ваші результати: 3 бала . Тест треба перездати вірно відповівши на питання. Уважно прочитайте теоретичні відомості ще раз.
Увага!!!
Будьте уважні, час на кожну відповідь обмежений (до 60 сек.) в залежності від складності.
1 1
• 21
Ограничение времени 1 минут
Текст к ситуации Питання №5. Вираз для визначення тертя в підшипнику на машині Атвуда.
1 0287-01-021-01.jpg 22
2 0287-01-021-02.jpg 22
3 0287-01-021-03.jpg 23
4 0287-01-021-04.jpg 22
• 22
Текст к ситуации Ви здали тест. Ваш результ добре .
ВІТАЄМО!!!
Переходьте до виконання практичної частини.
1 24
• 23
Текст к ситуации Ви здали тест. Ваші результати відмінні .
ВІТАЄМО!!!
Переходьте до виконання практичної частини.
1 Варіант анімаційного виконання лаборатоної роботи 24
2 Варіант відео виконання лаборатоної роботи 26
• 24
Иллюстрация к шагу 0287-01-024-00.htm
1 25
• 25
Текст к ситуации
Вітаємо !!!
Ви вдало виконали лабораторну роботу №1:
"Вивчення законів динаміки поступального руху на машині Атвуда".
• 26
Иллюстрация к шагу 0287-01-026.mp4
Текст к ситуации Вступ. Шановний студенте, перед початком виконання лабораторної роботи Вам необхідно ознайомитись із теоретичними відомостями та пройти допуск (тестовий контроль). У разі не проходження тестового контролю Вам потрібно повторно ознайомитись із теоретичним матеріалом та отримати допуск.
Після виконання лабораторної роботи Вам необхідно оформити згідно заданої форми звіт та відправити його викладачу. Бажаємо успіхів у виконанні роботи.
1 27
• 27
Текст к ситуации Для виконнання лабораторної роботи необхідне наступне обладанання: Машина Атвуда ,
яка складається із лінійки з закріпленнім на ній блоком, двох тягарців однакової маси з’єднанних ниткою, електромагніту, платформи та секундоміра
і набір додаткових тягарців
1 28
• 28
Иллюстрация к шагу 0287-01-028.mp4
Текст к ситуации Встановлюємо платформу на відстані не меншій від половини шкали лінійки.
1 29
• 29
Иллюстрация к шагу 0287-01-029.mp4
Текст к ситуации Вмикаємо живлення електромагніту (36 В), живлення секундоміру (220 В) з’єднуванням відповідних штепселів з розетками.
1 30
• 30
Иллюстрация к шагу 0287-01-030.mp4
Текст к ситуации Встановлюємо нульове значення на шкалі секундоміра. Установку нуля здійснюємо перед кожним дослідом.
1 31
• 31
Иллюстрация к шагу 0287-01-031.mp4
Текст к ситуации Встановлюємо вантажі в початковий стан і вимірюємо відстань, яку проходить правий вантаж до платформи. Вона дорівнює для всіх дослідів S = 0,775 м.
1 32
• 32
Иллюстрация к шагу 0287-01-032.mp4
Текст к ситуации Додаємо додатковий вантаж з набору тягарців. Вантажі з додатковим тягарцем при цьому автоматично утримуються електромагнітом в початковому положенні. Маса тягарця 4,7 г. Її заносим у звіт.
1 33
• 33
Иллюстрация к шагу 0287-01-033.mp4
Текст к ситуации Протягом двох трьох сенунд натискаем на кнопку, розташовану нижче секундоміра. А після цього вимикаємо струм в обмотці електромагніту і одночасно запускаемо секундомір іншою кнопкою також розташованою на панелі секундоміра. Секундомір вимикається автоматично в момент удару вантажу об платформу. Час падіння вантажу t = 4.61 c записуємо в таблицю. Дослід повторюється три рази для цього додаткового тягарця. Отримуємо наступні значення часу t2=4.51 c, t3=4.47 c.
1 34
• 34
Текст к ситуации Розраховуємо середне значення часу падіння і абсолютні похибки вимірювання часу для проведенних трьох дослідів.
Розраховуємо прискорення за формулою (2.7)
Визначаем відносну і абсолютну похибки експерименту за формулами
Значення (дельта) S приймаємо таким, що дорівнює половині ціни поділки лінійки ( 0.25 см). Заносимо результати у звіт.
1 35
• 35
Иллюстрация к шагу 0287-01-035.mp4
Текст к ситуации Міняємо додатковий тягарець на інший. Масою 12 г. и виконуємо для нього знову три досліди. Отримуємо час падіння вантажу t1=1.94, t2=1.97, t3=1.93. Розраховуємо прискорення системи і похибки експерименту і результати заносимо в таблицю.
1 36
• 36
Иллюстрация к шагу 0287-01-036.mp4
Текст к ситуации Міняємо додатковий тягарець на інший. Масою 20.3 г. і виконуємо для нього знову три досліди. Отримуємо час падіння вантажу t1=1.56, t2=1.48, t3=1.51. Розраховуємо прискорення системи і похибки експерименту і результати заносимо в таблицю.
1 37
• 37
Иллюстрация к шагу 0287-01-037-00.gif
Текст к ситуации Будуємо графік залежності прискорення системи від mg додаткового тягарця. Відрізок на осі абсцис від початку координат, що відсікається графіком дає величину M тр/R.
1 38
• 38
Текст к ситуации Вітаємо, Ви успішно виконали лабораторну роботу. Тепер оформіть звіт з лабораторної роботи згідно представленого зразка, запишіть його окремим файлом та відправте викладачу зі своєї персональної сторінки.