Механика ч.1_1 / МЕХАНИКА.Лаб. прак.ч2 новое / Опр.g c помощью машины Атвуда
Цель работы: изучение динамики поступательного движения связанной системы тел с учетом силы трения: оценка силы трения как источника систематической погрешности при определении ускорения свободного падения на лабораторной установке.
Оборудование: машина Атвуда, набор грузов, электронный секундомер, электронные весы.
Описание установки и метода измерений
Машина Атвуда (рис. 1) состоит из вертикального стержня 1, который расположен на основании 3. На верхнем конце стержня закреплен легкий блок 2. Через блок перекинута нить, к ее концам подвешены грузы равной массы M. На один из грузов кладётся перегрузок массы m. Система начинает двигаться равноускоренно с некоторым ускорением 
, т.е. движение будет медленнее, чем в случае свободного падения. Благодаря этому можно не учитывать сопротивление воздуха и увеличивается время движения системы, что приводит к увеличению точности измерений. С другой стороны, надо учитывать вес нити, момент инерции блока и силу трения в оси блока. Запишем уравнения динамики системы без учёта веса нити, момента инерции блока и силы трения:
где T – сила натяжения нитей. Из уравнений (1) получаем
где 
. Время, за которое груз опускается на высоту h, равно
Отсюда получаем выражения для ускорения системы
И для ускорения свободного падения
Формулы (4), (5) являются расчётными.
Порядок выполнения работы
1. Ознакомиться с машиной Атвуда.
2. Скомпенсировать силу трения в блоке, добавляя к правому грузу, движущемуся вниз, небольшой грузик (кусочек пластилина или проволоки). При компенсации силы трения система тел, выведенная из равновесия легким толчком, движется равномерно. Равномерность движения определяется визуально.
3. Положить на правый груз перегрузок известной массы m < M.
4. Измерить время t движения системы. Опыт повторить пять раз. Результаты всех измерений записать в табл. 1.
, с
Как определить силу давления перегрузка на груз
2018-10-12
Два одинаковых груза массой $M$ подвешены на невесомой и нерастяжимой нити, перекинутой через блок. На один из них положен перегрузок $m$. Определить силу давления перегрузка на груз $M$ и силу, действующую на ось блока.
Под действием веса перегрузка вся система (рис.) начинает двигаться равноускоренно с ускорением $a = \frac
Найдите величину силы давления перегрузка на груз (28 июля 2010)
(Сборник задач по физике Уфимского государственного нефтяного технического университета. Авторы-составители: Хусаинов М. А., Хакимова О. С. Страница 15, № задачи 1.119).
Комментарии
Обозначим m1 — масса легкого груза, m2 — тяжелого, m3 — масса перегрузка, a — ускорение, с которым движутся грузы. В качестве положительного направления выберем такое, когда тяжелый груз движется вниз. Получаем систему уравнений:
для тяжелого груза с перегрузком:
(m2 + m3) g − T = (m2 + m3) a.
Из этой системы уравнений можно найти ускорение а. Далее, для перегрузка имеем:
где через F обозначена сила давления тяжелого груза на перегрузок (она направлена вверх). Сила давления перегрузка на тяжелый груз, по третьему закону Ньютона, равна F по модулю, только направлена в другую сторону (вниз). Выразите F через всё остальное, и делу конец.
Два одинаковых груза массами 0,1 кг связаны между собой нитью, перекинутой
Два одинаковых груза массами 0,1 кг связаны между собой нитью, перекинутой через блок. На один из грузов кладут перегрузок массой 0,05 кг. Определить, с какой силой будет давить перегрузок на груз.
Задача №2.2.5 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Решение задачи:
Сила, с которой давит перегрузок на груз, равна сила реакции \(N\) по третьему закону Ньютона.
Очевидно, что после установки перегрузка система придет в движение, и один из грузов, на который поставили перегрузок, начнет движение вниз, а второй груз – вверх.
Изобразив на схеме два груза и на одним из них перегрузок, покажем все силы, действующие на тела и запишем для каждого из них второй закон Ньютона в проекции на вертикальную ось.
К равенству (1) прибавим равенство (2) и отнимем (3), тогда:
\[Mg + N – T + mg – N – Mg + T = 2Ma + ma\]
Отлично, теперь из равенства (2) выразим искомое \(N\).
Подставим в эту формулу полученное ранее выражение для ускорения:
Приведем под общий знаменатель:
Теперь можно считать ответ:
Ответ: 400 мН.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
Почему в первом уравнении N со знаком плюс? Ведь в первом уравнении груз действует на перегрузок, а не наоборот. Записывая уравнения для первого груза N не должно быть с минусом? А во втором уравнении соответственно с плюсом?
Потому что я направил силу \(N\), действующую на левый груз, вниз. При этом сила \(N\), действующая на перегрузок, направлена у меня наверх. Это было мое предположение, которое оказалось правдой, поскольку я получил положительное значение силы.
Можете направить силу \(N\) так, как пишите (главное чтобы разные силы \(N\), действующие на левый груз и перегрузок были направлены в разные стороны, этого требует третий закон Ньютона). Но тогда Вы ответ получите отрицательный, а это говорит о том, что Вы ошиблись с направлением 
А почему сила реакции опоры перегрузка направлена в обе стороны?
Согласно третьему закону Ньютона, тела взаимодействуют с силами, равными по величине, но противоположными по направлению. Так вот, одна из показанных на рисунке (в левой его части) сил N действует со стороны перегрузка на груз, а другая – со стороны груза на перегрузок.
1.Мы не можем сразу умножить массу грузика, на ускорение свободного падения, потому что тело начинает опускаться вниз с ускорением?
2.А если тело покоится, то перегрузок будет давить на груз с силой, равной силе реакции опоры ?
1. Нет. Нужно показать силы, действующие на все тела, записать второй закон Ньютона для всех тел и далее найти величину силу реакции N, поскольку сила давления перегрузка на груз равна силе реакции согласно третьему закону Ньютона.
2. Сила давления в любом случае равна силе реакции опоры, просто при покое оно будет чуть больше, чем в покое.
Советую Вам не делать заранее никаких умозаключений, а идти проторенной дорожкой – т.е. пользоваться законами Ньютона. Тогда Вы сможете сами ответить на любой Ваш вопрос.