Atwood Machine – Newtons zweites Gesetz für verbundene Körper
1 · Vorhersagen
An einer Rolle hängen zwei ungleiche Massen. Wird die Beschleunigung während des Betriebs des Systems beschleunigt, verlangsamt oder bleibt sie konstant?
- Die Beschleunigung nimmt mit der Zeit zu
- Die Beschleunigung bleibt konstant
- Die Beschleunigung nimmt mit der Zeit ab
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Atwood-Maschinensimulation und drücken Sie Zurücksetzen.
- Aktivieren Sie die Geschwindigkeitssonde an der schwereren Masse.
- Drücken Sie für jeden unten aufgeführten Versuch die Wiedergabetaste, halten Sie die Simulation für die angegebene verstrichene Zeit an und zeichnen Sie die Geschwindigkeitsmessung der Sonde auf.
3 · Daten sammeln
| Schwere Masse m₂ (kg) | Leichte Masse m₁ (kg) | Verstrichene Zeit t (s) | Voraussichtliche Beschleunigung a (m/s²) | Nettokraft auf die schwere Masse F (N) | Gemessene Geschwindigkeit v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
Tragen Sie die gemessene Geschwindigkeit v (y-Achse) gegen die verstrichene Zeit t (x-Achse) auf. Die Steigung Ihrer Best-Fit-Linie ist die Beschleunigung des Systems.
4 · Auswerten
- Zeigen Sie Ihre Arbeit zur Berechnung der vorhergesagten Beschleunigung a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) für das System und vergleichen Sie sie mit der Steigung Ihres v-t-Diagramms.
- Wie genau stimmt Ihre gemessene Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt mit der vorhergesagten Geschwindigkeit v = at überein? Ist die Beziehung linear? Nennen Sie Zahlen aus Ihrer Tabelle.
5 · Vertiefen
- Die Formel a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) geht von einer masselosen, reibungsfreien Riemenscheibe und einer nicht dehnbaren Schnur aus. Welche dieser Idealisierungen würde Ihre Messergebnisse am meisten beeinflussen und warum?
- Sagen Sie voraus, was mit der Beschleunigung des Systems passieren würde, wenn die beiden Massen gleich wären (m₁ = m₂). Begründen Sie Ihre Argumentation anhand der Formel.
Die Physik hinter diesem Experiment
Atwood-Maschinenbeschleunigung
Die Anwendung des zweiten Newtonschen Gesetzes auf beide hängenden Massen ergibt eine einzige Systembeschleunigung, die von der Massendifferenz abhängt, nicht von den Massen einzeln.
Newtons zweites Gesetz
Die Nettokraft auf die schwerere Masse entspricht ihrer Masse multipliziert mit der gemeinsamen Beschleunigung des Systems – derselben Beschleunigung, die Sie oben vorhergesagt haben.