Ход работы

1. Дорожка на воздушной подушке снабжена большим количеством больших отверстий, через которые выходит воздух, нагнетаемый компрессором, внутрь дорожки. Струи воздуха, выходящие их этих отверстий, создают под тележкой воздушную подушку, которая позволяет тележке двигаться практически без трения. Дорожка снабжена оптическими датчиками, а тележка – выступами, которые прерывают световой поток в датчик. От датчиков сигнал поступает на интерфейс, измеряющий время на прерывании светового потока. Интерфейс соединен с компьютером, который измеряет кинематические характеристики тележки движущейся вдоль дорожки. В зависимости положения тележки от времени, скорости тележки от времени и ускорение тележки от времени.

Рис. 7. Временная диаграмма движения тележки

2. Четыре выступа, имеющиеся на тележке позволяют засекать момент времени t, в который тележка проходит мимо соответствующего датчика и измеряет два интервала времени между пересечениями двумя выступами оптического датчика. Расстояние между выступами Δx₁ и Δx₂ одинаковы. Таким образом, мы можем определить положение тележки в момент времени x(t):

, (4)

, (5)

, (6)

, (7)

, (8)

где Δt – время, за которое тележка проходят расстояние между серединами промежутков.

Вывод: таким образом, мы независимо измеряем все кинематические характеристики движения тележки.

Опыт 1.3. Равноускоренное движение

Цель работы: выявление зависимости скорости от времени при равноускоренном движении, ускорения от времени, координаты от времени для равноускоренного движения без начальной скорости.

Оборудование:

1. Дорожка с воздушной подушкой.

2. Компрессор.

3. Оптические датчики.

4. Тележка.

5. Компьютер.

Рис. 8. Демонстрация опыта

Ход работы

На дорожке имеется ножка с микрометрическим винтом, который позволяет устанавливать и точно отсчитывать угол наклона дорожки. Создаем угол наклона 10^–2 rad. Теперь мы сможем наблюдать движение тележки по наклонной дорожке, с углом наклона10^–2 rad. Это означает что ускорение, которое мы должны получить будет составлять a = g·sinα ≈ 0,01g.

Проверим.

1. Теперь на экране наблюдаем зависимость координаты от времени для равноускоренного движения без начальной скорости (параболическая зависимость).

Рис. 9. Зависимость координаты от времени при равноускоренном движении

Среднее значение ускорения, вычисленное из этой кривой, составляет 0,096 м/с², что соответствует тому значению, которое мы ожидали получить.

2. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении. Видно, что зависимость линейная с малым значением начальной скорости, причем среднее ускорение, вычисленное из угла наклона этой кривой, составляет 0,096 м/с², как и в первом случае.

Рис. 10. Зависимость скорости от времени при равноускоренном движении

3. Зависимость ускорения от времени. Ошибки измерения ускорения несколько больше, чем у скорости, поэтому точки относительно среднего ускорения имеют небольшой разброс. Но среднее значение ускорения постоянно, и среднее арифметическое ускорения составляет 0,1 м/с², что согласуется с теоретическим значением 0,098, полученным нами из наклона дорожки в пределах ошибок.

Рис. 11. Зависимость ускорения от времени при равноускоренном движении

Вывод: продемонстрировано равноускоренное движение, выявлены все требуемые зависимости.