Машина атвуда, ph-kab-210 вики, fandom powered by wikia

Машина Атвуда - лабораторне пристрій для вивчення поступального руху з постійним прискоренням. Була винайдена в 1784 році англійським фізиком і математиком Джорджем Атвуд.

Принцип роботи Правити

Схема експериментальної установки на основі машини Атвуда приведена на рис.2.1.
На вертикальній стійці 1 кріпиться легкий блок 2, через який перекинута нитка 3 з вантажами 4 однакової маси. У верхній частині стійки розташований електромагніт, який може утримувати блок, не даючи йому обертатися. На середньому кронштейні 5 закріплений фотодатчик 6. На корпусі середнього кронштейна є ризику, що збігається з оптичною віссю фотодатчика. Середній кронштейн має можливість вільного переміщення і фіксації на вертикальній стійці. На вертикальній стійці укріплена міліметрова лінійка 7, по якій визначають початковий і кінцевий положення вантажів. Початкове положення визначають по нижньому зрізу вантажу, а кінцеве - по ризику на корпусі середнього кронштейна.

Секундомір 8 являє собою прилад з цифровою індикацією часу. Регулювальні опори 9 використовують для регулювання положення експериментальної установки на лабораторному столі.
Принцип роботи машини Атвуда полягає в тому, що коли на кінцях нитки висять вантажі однакової маси, то система знаходиться в положенні байдужої рівноваги. Якщо на правий вантаж покласти перевантажень, то система вантажів вийде зі стану рівноваги і почне рухатися.

Колесо забезпечено в своїй окружності виїмкою, як звичайний блок, і через нього перекинутий шовковий звисає по обидві сторони шнурок. До кінців шнурка привішені рівні і тому взаємно урівноважуючі гирьки: m і n. Якщо підвісити на гирьку n невеликий грузик, який своєю вагою в змозі подолати тертя колеса, то, очевидно, гирька n стане опускатися уздовж стрімкої шкали, влаштованої поруч з підтримуючим стовпом. Швидкість цього опускання або падіння буде менше, ніж в тому випадку, якщо б падіння було вільне, так як, окрім своєї власної маси, доданий важок повинен привести в рух гирьки (m + n), колесцо і шнурок і, крім того, подолати тертя колесца. Так як в важки r рушійною є сила тяжіння, а ця остання - сила постійна, то обумовлюється нею повільний рух буде рівномірно прискореним, що легко можна спостерігати за допомогою цього приладу. Крім того, опір повітря при цьому уповільненому падінні буде менше, ніж при вільному падінні, тому і умови спостереження будуть точніше. Таким чином, за допомогою машини Атвуда можна легко переконатися, чи буде рух на ній рівномірно прискореним. При цьому падіння буде тим повільніше, чим менше буде доданий важок щодо суми ваги всієї системи і тертя, яке доводиться подолати.

Покладемо, грузик підібрано такий, що відстань, пройдену ним при падінні в першу секунду, дорівнює одному поділу шкали Атвудовой машини; відстані, пройдені ним в 2, 3, 4, 5-ю секунди, будуть відповідно рівні 2 2. 3 2. 4 3. 5 2 = 4, 9, 16, 25 розподілам шкали. Звідси можна легко розрахувати, що в окремо кожну секунду по порядку - 1, 2, 3, 4 і 5-й відповідають відстані 1, 3, 5, 7 і 9, що згідно з законом падіння тіл. Щоб зробити досліди щодо остаточної швидкості, т. Е. Швидкості в кінці кожного даного моменту часу, необхідно, щоб доданий важок міг бути автоматично вилучений в кінці будь-якої секунди, для того щоб падаюча гирька n продовжувала свій рух тільки по інерції зі швидкістю, придбаної в наприкінці тієї миті, коли знятий додатковий грузик. Для цієї мети грузик надають подовжену форму, так що він проходить крізь особливо влаштоване для цього затримує кільце, яке можна за бажанням встановити в будь-якому місці шкали.Положім, кільце встановлено в кінці 16-го поділу шкали, тоді грузик залишиться на ньому при падінні в наприкінці 4-ї секунди. Так як відстань, яку проходить падаючим важком з гирьки в одну секунду, дорівнює одному поділу, то прискорення в одну секунду = 2 справ. так що складе для 4 секунд остаточну швидкість 2 х 4 = 8 справ. шк. т. е. це означає, що рухається гирька повинна йти далі з рівномірною швидкістю 8 поділок в секунду, після того як додатковий вантаж, який виробляв своєю вагою прискорення, залишиться в кінці 4-ї секунди на кільці. Для визначення секунди або ще менших проміжків часу служить підвішений до стійки машини Атвуда маятник, який влаштований таким чином, що одночасно з початком його руху звільняється грузик і починає падати, так як при цьому горизонтальна підставка, що утримує його, вертикально звисає. Внаслідок цього починається вищевказане падіння разом з гойданнями маятника. Кожне хитання супроводжується ударом особливо влаштованої вилки в call-чашечку, що дає можливість відзначати гойдання, спостерігаючи в той же час ділення шкали.

• Машина Атвуда з часу її винаходу отримала багато удосконалень в своїх детальних частинах, але основна її ідея залишилася одна і та ж. Так, наприклад, Моріном був запропонований апарат, ідея якого належить генералу Понселе, для того, щоб представити графічно закон падіння тіл; підставу цього апарату полягає в тому, що падаюче тіло саме креслить на обертовому циліндрі; Лаборд і ін. Запропонували падаючі площині для записування. Вкрай доцільне і дотепне видозміна Атвудовой машини зроблено Бурбузом, для чого він скористався електрикою. Замість маятника він вживає графічний запис, вироблену за допомогою вібруючої. пластинки, на барабані, який насаджений на загальну вісь з колесом, на якому лежить шнурок. Як початок вібрації пластинки, так і звільнення падаючого тіла у нього виробляється за допомогою двох електромагнітів, що перебувають у спільній ланцюга, що дає можливість робити їх абсолютно в один і той же мить.
• Машина Атвуда дає можливість варіювати всіляких чином швидкість падіння при демонстраціях за допомогою зміни ваги як врівноважити одне одного гирьок, так і додаткового грузика. Вона служить не тільки для демонстрування законів падіння тіл, але також і для вимірювання рушійних сил, так як на ній можна показати, що при одній і тій же загальній масі доданий вантаж, в n разів більший, зробить також в n раз більше прискорення, потім , що для одного і того ж прискорення доданий важок повинен бути збільшений або зменшений пропорційно рухається загальній масі, і, нарешті, що при одному і тому ж доданому важки прискорення змінюється обернено пропорційно до зміни суми загальної маси.

Модифікації на основі Атвудовой машини Правити

Атвудова машина з часу її винаходу отримала багато удосконалень в своїх детальних частинах, але основна її ідея залишилася одна і та ж. Так, наприклад, Моріном був запропонований апарат, ідея якого належить генералу Понселе, для того, щоб представити графічно закон падіння тіл; підставу цього апарату полягає в тому, що падаюче тіло саме креслить на обертовому циліндрі; Лаборд і ін. Запропонували падаючі площині для записування. Вкрай доцільне і дотепне видозміна А. машини зроблено Бурбузом, для чого він скористався електрикою. Замість маятника він вживає графічний запис, вироблену за допомогою вібруючих. пластинки, на барабані, який насаджений на загальну вісь з колесом, на якому лежить шнур. Як початок вібрації пластинки, так і звільнення падаючого тіла у нього виробляється за допомогою двох електромагнітів, що перебувають у спільній ланцюга, що дає можливість робити їх абсолютно в один і той же мить. Атвудова машина дає можливість варіювати всіляких чином швидкість падіння при демонстраціях за допомогою зміни ваги як врівноважити одне одного гирьок, так і додаткового грузика. Вона служить не тільки для демонстрування законів падіння тіл, але також і для вимірювання рушійних сил, так як на ній можна показати, що при одній і тій же загальній масі доданий вантаж, в n разів більший, зробить також в n раз більше прискорення, потім , що для одного і того ж прискорення доданий важок повинен бути збільшений або зменшений пропорційно рухається загальній масі, і, нарешті, що при одному і тому ж доданому важки прискорення змінюється обернено пропорційно до зміни суми загальної маси.

формули Правити

Формула для знаходження прискорення