ماشین اتوود — قانون دوم نیوتن برای اجسام متصل
1 · پیشبینی
دو جرم نابرابر از قرقرهای آویزاناند. با اجرای سامانه، شتابش تندتر میشود، کندتر یا ثابت میماند؟
- شتاب با زمان زیاد میشود
- شتاب ثابت میماند
- شتاب با زمان کم میشود
2 · آمادهسازی
- شبیهسازی ماشین اتوود را باز کنید و Reset بزنید.
- کاوشگر تندی را روی جرم سنگینتر فعال کنید.
- برای هر آزمایش زیر، Play را بزنید، شبیهسازی را در زمان سپریشدهٔ فهرستشده مکث کنید و قرائت تندی کاوشگر را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| جرم سنگین m₂ (kg) | جرم سبک m₁ (kg) | زمان سپریشده t (s) | شتاب پیشبینیشده a (m/s²) | نیروی خالص بر جرم سنگین F (N) | تندی اندازهگیریشده v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
تندی اندازهگیریشده v (محور y) را بر حسب زمان سپریشده t (محور x) رسم کنید. شیب بهترین خط برازش، شتاب سامانه است.
4 · تحلیل
- مراحل محاسبهٔ شتاب پیشبینیشدهٔ سامانه a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) را نشان دهید و آن را با شیب نمودار v–t خود مقایسه کنید.
- تندی اندازهگیریشدهٔ شما در هر زمان چقدر به تندی پیشبینیشدهٔ v = at نزدیک است؟ آیا رابطه خطی است؟ از عددهای جدولتان نقل کنید.
5 · گسترش
- فرمول a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) قرقرهای بدون جرم و بدون اصطکاک و نخ کشنیایدنی را فرض میکند. کدامیک از این ایدهآلسازیها بیشترین اثر را بر نتایج اندازهگیری شما میگذارد و چرا؟
- پیشبینی کنید اگر دو جرم برابر باشند (m₁ = m₂) شتاب سامانه چه میشود. استدلال خود را با فرمول توضیح دهید.
فیزیک پشت این آزمایش
شتاب ماشین اتوود
اعمال قانون دوم نیوتن بر هر دو جرم آویزان، یک شتاب واحد سامانه میدهد که به اختلاف جرمها بستگی دارد، نه به تکتک جرمها.
قانون دوم نیوتن
نیروی خالص بر جرم سنگینتر برابر جرمش ضربدر شتاب مشترک سامانه است — همان شتابی که بالا پیشبینی کردید.