ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

Для экспериментального исследования равномерного и равномерно ускоренного движений и определения, в частности, ускорения свободного падения, может быть использован прибор Атвуда (рис.1). Он представляет собой подвижный блок, через который перекинута нить с двумя одинаковыми грузами М на концах. Такая система находится в равновесии. Если с одной стороны блока добавить небольшой груз с массой m, система получает ускорение a под действием силы F = mg и пройдет некоторый путь S₁, равный

S₁ = (1)

Если через время t₁ дополнительный груз будет отцеплен от нити, система будет двигаться по инерции равномерно и пройдет за время t путь

S₂ = u₀ t , (2)

где u₀ – скорость, приобретенная системой за период равноускоренного движения под действием силы тяжести груза m, причем

u₀ = at_{1 .} (3)

Подставляя (3) в (2), получим

S₂=at₁^.t . (4)

С учетом соотношения (1) находим

. (5)

Отсюда ускорение а определяется так

a = . (6)

Запишем для участка S₁ второй закон Ньютона для левого груза (рис.2а)

Ma = T – Mg (7)

и правых грузов (рис. 2б)

(m + M) a = (m + M) g – T. (8)

Здесь T – сила натяжения нити, g – ускорение свободного падения.

Из (7) и (8) следует

(2M g + m)a = m g . (9)

Из (6) и (9) получаем рабочую формулу

g = .(10)

Порядок выполнения лабораторной работы .

1.Начертить в тетради таблицу 1.

Таб. 1

2. Включить компьютер.

3.Запустить программу 13К.ЕХЕ. Для этого указать курсором на 13К.ЕХЕ и щелкнуть левой кнопкой мышки (в дальнейшем эту команду обозначим L’ на 13К.ЕХЕ). Изучить информацию на экране.

4. L’ на команде “подготовка”.

5. L’на команде “запустить”. При этом сначала массы m + M равноускоренно движутся на участке S₁ , а затем масса М равномерно движется на участке S₂. Значения m , M , S₁ и S₂ записываются в таблицах на экране. Значение t определяется компьютером, значение g нужно рассчитать по формуле (10) и также занести в таблицу.

6. Для проведения следующего опыта L’ на команде “повторить”.

7. L’ на команде “подготовка”.

8. L’на команде запустить. При этом производится измерение t при другом значении m .

9. Всего проводится 5 опытов.

10.Переписать все данные таблицы, а также значения S₁ и S_2.

11. L’на команде “ Exit” и выключить компьютер.

12. Среднее значение g определяется по формуле

.

Средняя погрешность измерений g определяется по формуле

.

Ответ записывается в виде g = (g_c ± D g_c ) м^.с^–2.

Контрольные вопросы

1. Как записываются уравнения движения для левой и правых масс?

2. Почему движение на участке S₁ равноускоренное, а на участке S₂ равномерное?

3. Как зависит ускорение масс а от значений масс m и M ?