Машина Атвуда — второй закон Ньютона для связанных тел
1 · Прогноз
Две неравные массы висят на блоке. По мере работы системы её ускорение растёт, спадает или остаётся постоянным?
- Ускорение растёт со временем
- Ускорение остаётся постоянным
- Ускорение спадает со временем
2 · Подготовка
- Откройте симуляцию машины Атвуда и нажмите «Сброс».
- Включите датчик скорости на тяжёлой массе.
- Для каждой пробы ниже нажмите Play, поставьте симуляцию на паузу в указанное время и запишите показание скорости датчика.
3 · Сбор данных
| Тяжёлая масса m₂ (kg) | Лёгкая масса m₁ (kg) | Прошедшее время t (s) | Предсказанное ускорение a (m/s²) | Равнодействующая на тяжёлой массе F (N) | Измеренная скорость v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
Постройте измеренную скорость v (ось y) против прошедшего времени t (ось x). Наклон линии наилучшей аппроксимации — ускорение системы.
4 · Анализ
- Покажите ход вычисления прогнозируемого ускорения a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) для системы и сравните его с наклоном вашего графика v–t.
- Насколько точно измеренная вами скорость в каждый момент совпадает с прогнозируемой v = at? Зависимость линейна? Приведите числа из своей таблицы.
5 · Развитие
- Формула a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) предполагает невесомый шкив без трения и нерастяжимую нить. Какая из этих идеализаций сильнее всего скажется на ваших измеренных результатах и почему?
- Спрогнозируйте, что произойдёт с ускорением системы, если массы равны (m₁ = m₂). Объясните свой вывод с помощью формулы.
Физика этого эксперимента
Ускорение машины Атвуда
Применение второго закона Ньютона к обеим висящим массам даёт одно ускорение системы, зависящее от разности масс, а не от масс по отдельности.
Второй закон Ньютона
Равнодействующая на тяжёлой массе равна её массе на общее ускорение системы — то же ускорение, что вы предсказали выше.