آلة أتوود — قانون نيوتن الثاني لأجسام متصلة
1 · توقّع
كتلتان غير متساويتين معلقتان ببكرة. أثناء عمل النظام، هل يتسارع أم يتباطأ أم يبقى تسارعه ثابتًا؟
- يزيد التسارع مع الزمن
- يبقى التسارع ثابتًا
- ينقص التسارع مع الزمن
2 · التجهيز
- افتح محاكاة آلة أتوود واضغط إعادة.
- فعّل مسبر السرعة على الكتلة الأثقل.
- لكل تجربة أدناه، اضغط تشغيل وأوقف المحاكاة عند الزمن المدرج، وسجل قراءة سرعة المسبر.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة الثقيلة m₂ (kg) | الكتلة الخفيفة m₁ (kg) | الزمن المنقضي t (s) | التسارع المتنبأ a (m/s²) | محصلة القوى على الكتلة الثقيلة F (N) | السرعة المقيسة v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
ارسم السرعة المقيسة v (المحور y) مقابل الزمن المنقضي t (المحور x). ميل خط ملاءمتك هو تسارع النظام.
4 · حلّل
- أظهر عملك في حساب التسارع المتوقع a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) للنظام، وقارنه بميل رسمك v–t.
- ما مدى قرب سرعتك المقيسة عند كل لحظة من السرعة المتوقعة v = at؟ هل العلاقة خطية؟ استشهد بأرقام من جدولك.
5 · وسّع
- تفترض المعادلة a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) بكرة عديمة الكتلة وعديمة الاحتكاك وحبلًا غير قابل للتمدد. أي من هذه التبسيطات سيؤثر أكثر في نتائجك المقيسة، ولماذا؟
- توقع ماذا يحدث لتسارع النظام لو تساوت الكتلتان (m₁ = m₂). اشرح استنتاجك باستخدام المعادلة.
الفيزياء خلف هذه التجربة
تسارع آلة أتوود
تطبيق قانون نيوتن الثاني على الكتلتين المعلقتين يعطي تسارعًا واحدًا للنظام يعتمد على فرق الكتلتين لا على كل كتلة على حدة.
قانون نيوتن الثاني
محصلة القوى على الكتلة الأثقل تساوي كتلتها في تسارع النظام المشترك — التسارع نفسه الذي تنبأت به أعلاه.