เครื่องแอตวูด — กฎข้อที่สองของนิวตันสำหรับวัตถุที่เชื่อมต่อกัน
1 · ทำนาย
มวลไม่เท่ากันสองก้อนแขวนบนรอก เมื่อระบบเคลื่อนที่ ความเร่งจะเพิ่มขึ้น ลดลง หรือคงที่
- ความเร่งเพิ่มขึ้นตามเวลา
- ความเร่งคงที่
- ความเร่งลดลงตามเวลา
2 · จัดเตรียม
- เปิดการจำลองเครื่องแอตวูดแล้วกดรีเซ็ต
- เปิดโพรบวัดอัตราเร็วบนมวลที่หนักกว่า
- สำหรับรอบข้างล่างแต่ละรอบ กดเล่น หยุดการจำลองที่เวลาที่ระบุ แล้วบันทึกค่าอัตราเร็วจากโพรบ
3 · เก็บข้อมูล
| มวลหนัก m₂ (kg) | มวลเบา m₁ (kg) | เวลาที่ผ่านไป t (s) | ความเร่งที่ทำนาย a (m/s²) | แรงลัพธ์บนมวลหนัก F (N) | อัตราเร็วที่วัดได้ v (m/s) |
|---|---|---|---|---|---|
| 5.00 | 3.00 | 0.40 | |||
| 5.00 | 3.00 | 0.80 | |||
| 5.00 | 3.00 | 1.20 |
พล็อตอัตราเร็วที่วัดได้ v (แกน y) กับเวลาที่ผ่านไป t (แกน x) ความชันของเส้นที่พอดีที่สุดคือความเร่งของระบบ
4 · วิเคราะห์
- จงแสดงวิธีคำนวณความเร่งที่ทำนายได้ a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) ของระบบ แล้วเปรียบเทียบกับความชันของกราฟ v–t ของคุณ
- ความเร็วที่วัดได้ที่เวลาแต่ละครั้งตรงกับความเร็วที่ทำนาย v = at มากเพียงใด ความสัมพันธ์เป็นเชิงเส้นหรือไม่ จงอ้างอิงตัวเลขจากตาราง
5 · ต่อยอด
- สูตร a = (m₂ − m₁)g/(m₁ + m₂) สมมติว่ารอกไร้มวล ไร้แรงเสียดทาน และเชือกยืดไม่ได้ สมมติฐานเหล่านี้ข้อใดจะกระทบผลการวัดของคุณมากที่สุด เพราะเหตุใด
- จงทำนายว่าถ้ามวลทั้งสองเท่ากัน (m₁ = m₂) ความเร่งของระบบจะเป็นอย่างไร อธิบายด้วยสูตร
ฟิสิกส์เบื้องหลังการทดลองนี้
ความเร่งเครื่องแอตวูด
การใช้กฎข้อที่สองของนิวตันกับมวลที่แขวนทั้งสองก้อนให้ความเร่งของระบบเพียงค่าเดียว ซึ่งขึ้นกับผลต่างของมวล ไม่ใช่มวลแต่ละก้อน
กฎข้อที่สองของนิวตัน
แรงลัพธ์บนมวลที่หนักกว่าเท่ากับมวลคูณความเร่งร่วมของระบบ — ความเร็วเดียวกับที่คุณทำนายไว้ข้างบน