Maszyna Atwooda — druga zasada Newtona dla ciał połączonych
1 · Prognoza
Dwie nierówne masy wiszą na bloczku. W miarę działania układu jego przyspieszenie rośnie, maleje czy pozostaje stałe?
- Przyspieszenie rośnie z czasem
- Przyspieszenie pozostaje stałe
- Przyspieszenie maleje z czasem
2 · Przygotowanie
- Otwórz symulację maszyny Atwooda i naciśnij Reset.
- Włącz sondę prędkości na cięższej masie.
- Dla każdej próby poniżej naciśnij Play, zatrzymaj symulację po podanym czasie i zapisz odczyt prędkości z sondy.
3 · Zbieranie danych
| Masa ciężka m₂ (kg) | Masa lekka m₁ (kg) | Czas t (s) | Przyspieszenie prognozowane a (m/s²) | Siła wypadkowa na ciężkiej masie F (N) | Prędkość zmierzona v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
Narysuj zmierzoną prędkość v (oś y) względem czasu t (oś x). Nachylenie najlepiej dopasowanej prostej to przyspieszenie układu.
4 · Analiza
- Pokaż obliczenia przewidywanego przyspieszenia a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) dla układu i porównaj je ze nachyleniem swojego wykresu v–t.
- Jak dobrze zmierzona prędkość w każdym momencie zgadza się z przewidywaną v = at? Czy zależność jest liniowa? Podaj liczby ze swojej tabeli.
5 · Rozszerzenie
- Wzór a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) zakłada bezmasową kołowrotek bez tarcia i nierozciągliwą linkę. Która z tych idealizacji najbardziej wpłynęłaby na twoje zmierzone wyniki i dlaczego?
- Przewidź, co stałoby się z przyspieszeniem układu, gdyby masy były równe (m₁ = m₂). Uzasadnij wniosek za pomocą wzoru.
Fizyka tego eksperymentu
Przyspieszenie maszyny Atwooda
Zastosowanie drugiej zasady Newtona do obu wiszących mas daje jedno przyspieszenie układu, zależne od różnicy mas, a nie od mas osobno.
Druga zasada Newtona
Siła wypadkowa na cięższej masie równa się jej masie razy wspólne przyspieszenie układu — to samo, które przewidziałeś powyżej.