Atwood-machine — de tweede wet van Newton voor verbonden lichamen
1 · Voorspel
Twee ongelijke massa's hangen aan een katrol. Terwijl het systeem draait, wordt zijn versnelling groter, kleiner of blijft die constant?
- De versnelling neemt in de loop van de tijd toe
- De versnelling blijft constant
- De versnelling neemt in de loop van de tijd af
2 · Opstelling
- Open de simulatie Atwood-machine en druk op Herstel.
- Zet de snelheidssonde op de zwaardere massa aan.
- Druk voor elke meting hieronder op Start, pauzeer de simulatie op de vermelde verstreken tijd en noteer de snelheidsaflezing van de sonde.
3 · Verzamel gegevens
| Zware massa m₂ (kg) | Lichte massa m₁ (kg) | Verstreken tijd t (s) | Voorspelde versnelling a (m/s²) | Nettokracht op zware massa F (N) | Gemeten snelheid v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
Zet de gemeten snelheid v (y-as) uit tegen de verstreken tijd t (x-as). De richtingscoëfficiënt van je best passende lijn is de versnelling van het systeem.
4 · Analyseer
- Laat zien hoe je de voorspelde versnelling a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) van het systeem berekent en vergelijk met de richtingscoëfficiënt van je v–t-grafiek.
- Hoe goed klopt je gemeten snelheid op elk tijdstip met de voorspelde snelheid v = at? Is het verband lineair? Noem getallen uit je tabel.
5 · Verdiep
- De formule a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) gaat uit van een massaloze, wrijvingsloze katrol en een onrekbare kabel. Welke van deze idealiseringen zou je meetresultaten het meest beïnvloeden, en waarom?
- Voorspel wat er met de versnelling van het systeem gebeurt als de twee massa's gelijk zijn (m₁ = m₂). Leg je redenering uit met de formule.
De natuurkunde achter dit experiment
Atwood-versnelling
Toepassing van de tweede wet van Newton op beide hangende massa's geeft één systeemversnelling, die van het massaverschil afhangt, niet van de massa's afzonderlijk.
De tweede wet van Newton
De nettokracht op de zwaardere massa is gelijk aan zijn massa keer de gedeelde versnelling van het systeem — dezelfde versnelling die je hierboven voorspelde.
Mechanica
- Projectielbeweging en kinetische energie
- Bal op een helling: energie op een wrijvingsloos schuin vlak
- Blok op een wrijvingshelling: de drempel van statische wrijving opzoeken
- Eindsnelheid: vallen door luchtweerstand
- Krachtenlab: de tweede wet van Newton
- Tegenwerkende krachten: de tweede wet van Newton & impuls
- Stuiterende bal: energieverlies bij de bots
- Elastische botsingen & impulsbehoud
- Onelastische botsing & impulsbehoud
- Newtons wieg: overdracht van impuls en energie
- Eenvoudige slinger
- Massa aan een veer: harmonische trilling