Лабораторная работа № 15 Изучение законов динамики поступательного движения

Цель работы:	Теоретическое и экспериментальное изучение законов динамики поступательного движения. Определение зависимости ускорения материальной точки от ее массы и действующей внешней силы.
Оборудование:	Экспериментальная установка (машина Атвуда), электронный секундомер, набор грузов разной массы.

Теоретические сведения

Динамика изучает причины, вызывающие механическое движение.

Инерция — способность тела сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения, если на это тело не действуют другие тела.

Масса m (кг) — количественная мера инертности тела.

Первый закон Ньютона:

Существуют такие системы отсчета, в которых тело находится в состоянии покоя или прямолинейного равномерного движения, если на него не действуют другие тела.

Системы отсчета, в которых выполняется первый закон Ньютона, называют инерциальными.

Сила (Н) — векторная величина, характеризующая взаимодействие между телами или частями тела.

Принцип суперпозиции сил:

Если на материальную точку действуют одновременно силы и , то их можно заменить равнодействующей силой :

Импульс тела (кг∙м/с) — векторная величина, равная произведению массы m материальной точки на его скорость :

,

Второй закон Ньютона:

где — равнодействующая сила, действующая на материальную точку.

Замечание. Если масса тела постоянна, то второй закон Ньютона принимает вид:

,

где — ускорение, приобретаемое телом массой m под действием силы .

Сила тяжести — сила, действующая на тело вследствие его притяжения к Земле или другим небесным телам.

Вблизи поверхности Земли тело массой m под действием силы тяжести движется с ускорением свободного падения . Поэтому по второму закону Ньютона сила тяжести равна:

.

Описание экспериментальной установки

Экспериментальная установка (машина Атвуда) представляет собой вертикальную деревянную рейку со шкалой 1, прикрепленную к стене. (рис.1). На верхнем конце рейки имеется легкий блок 2, вращающийся с малым трением. Через блок перекинута нить, на концах которой подвешиваются грузы массами М₁ и М_{2 .} Масса правого груза складывается из массы основного М₁ и добавочных грузиков (перегрузков) Δm.

Рис. 1

Если одновременно с началом движения системы грузов включить секундомер, а в конце движения его выключить, то можно получить зависимость времени движения t от пройденного грузами расстояния S.

Рис.2

Рассмотрим движение грузов массой М₁ и М₂ на машине Атвуда (рис.2). Каждый из грузов находится под действием двух сил: силы тяжести и силы натяжения нити .Применяя второй закон Ньютона для каждого груза, получим:

(1)

Если считать, что нить и блок невесомы, то сила натяжения нити по всей длине одинакова

Т₁=Т₂ =Т.

Вследствие нерастяжимости нити, ускорения обоих грузов равны по величине и противоположны по направлению:

a₁ = - a₂ = a.