№ 03 (Методические разработки к лабораторным работам)

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТимени М. В. ЛомоносоваФизический факультеткафедра общей физики и физики конденсированного состоянияМетодическая разработкапо общему физическому практикумуЛаб. работа № 3ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГОПАДЕНИЯС ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА АТВУДАОписание составил профессор Суриков В.В.Москва - 2012Подготовил методическое пособие к изданию доц. Авксентьев Ю.И.3ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯС ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА АТВУДА.Цель работы: В работе определяется ускорение свободного падения gс помощью прибора Атвуда.Прибор Атвуда предназначен для изучения прямолинейногоравноускоренного движения. Принцип работы прибора основан на использованиизаконов свободного падения тела.ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРИБОРАЧерез ролик, смонтированный на подшипнике таким образом, чтобы онмог вращаться с возможно малым сопротивлением, проходит нитка с двумяодинаковыми грузиками массой М каждый (см.

рис.1). Если на правый груз М,находящийся в верхнем положении, положить небольшой грузик массой m, тосистема грузов (2 М + m) получит ускорение под влиянием силы F= mg и,передвигаясь ускоренно, пройдет путь S1.На кольце, обозначенном на рисунке буквой К, дополнительный грузикбудет отцеплен и грузы пройдут, теперь уже двигаясь равномерно, путь S2.Предполагая, что сила трения массы ролика и нити пренебрежимо малы, анить нерастяжима по формуле2M  m2S2E.2m2S1  t(1)где t - время (в секундах),в течение которого грузы пройдут путь S2 Измерениевремени производится миллисекундомером, расположенным в основанииприбора. Лицевая панель миллисекундомера также изображена на рис. I.ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯВКЛЮЧЕНИЕ ПРИБОРА В СЕТЬ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ИЛИЛАБОРАНТОМ! ПРОСЬБА ПРИБОР ПО СТОЛУ НЕ ДВИГАТЬНажать клавишу СЕТЬ миллисекундомера. При этом производитсяавтоматический сброс показаний прибора (все индикаторы высвечивают цифруноль) и зажигаются лампочки фотоэлектрических датчиков в начале и концепути S2.На правый груз М положить один из трех дополнительных грузиков m1(с меньшей массой).

Левый груз М должен занимать нижнее положение (наопоре).Проверить согласование нижней грани правого груза М с чертой,нанесенной на верхнем кронштейне.4Измерить с помощью миллиметровой шкалы на колонке заданные путиравноускоренного S1 и равномерного S2 движений груза М.Нажать клавишу ПУСК.

При этомэлектромагнит отпускает грузы и ониначинают движение. На табло секундомерапока нули. Секундомер запускается спомощью фотоэлектрического датчика (укольца К) в момент отцепления грузика m1.Секундомер прекращает отсчет времени спомощью нижнего фотоэлектрическогодатчика.

Прочитать и записать измеренноезначение времени движения большого грузаМ на пути S2. Нажать клавишу СБРОС.Цифровые индикаторы должны высветитьнули.Измерение повторить не менее 5 раз,обращая особое внимание на полный покойгрузов в момент запуска. Определитьсреднее значение времени движениябольшого грузика М на пути S2 по формуле1 nt ср   ti ,n i 1(2)где n - количество выполненных измерений, ti - время i-того измерения.По формуле (I) вычислить g1, используя tср. Определить относительнуюпогрешность измерений g1 по формулеgg| g1  g 0 | 100%g(3)где g0 = 981,56 см/с2 - ускорение свободного падения на широте Москвы; g1 ускорение свободного падения в опытах с массой m1.Данный прибор Атвуда обеспечивает определение g с погрешностью неболее 15 %.

Если у Вас получилась ошибка больше 15 %, измерения прекратить иобратиться за помощью к преподавателю или лаборанту. Если ошибка получиласьменее 15 %, измерения продолжить с грузиками массами m1 и m2.Массы грузиков m1, m2 и m3 указаны на самих грузиках с точностью±0,01 г.Массу М необходимо определить взвешиванием обоих грузов М вместе снитью (при расчетах массой нити пренебречь) с точностью до 0,1 г.Погрешность измерения пути S не более ±I мм.Погрешность измерения времени не более 0,02 %.С помощью дифференциального метода нахождения ошибок косвенныхизмерений можно получить выражение для расчета относительной ошибки5определения g по формуле (I):gmM  M mS St [2 2  1 2 ]gm(2M  m)S2S1t(4)Погрешность в 15 % обусловлена обычными для задач с блокамиприближениями: пренебрегали силами трения, массой блока, нить считаласьневесомой и нерастяжимой и т.д. Но при выполнении задачи нужно учитывать этифакторы, стремясь уменьшить их влияние.

Это можно сделать, следя за тем, чтобыплоскость блока была строго вертикальной, движение воздуха должно бытьминимальным, запуск производить очень плавно и только в момент полного покояобоих грузов М.ЛИТЕРАТУРА1 Белов Д.В. «Механика», изд. Физический факультет МГУим. М.В.Ломоносова 1998, глава II – Динамика материальной точки,§§ 6-10.2 Савельев И.В. Курс физики. М.: Изд-во Наука, 1989.§§ 8,12,37.3. Савельев И. В. «Курс общей физики» в 5-и книгах.Книга I «Механика»1998 г.,гл.

2, Динамика материальной точки,§ 2.11 Сила тяжести и вес,гл. 7 Гравитация,§7.1 Закон всемирного тяготения.6.