Лабораторная работа № 1 по курсу общей физики. Изучение прямолинейного движения тел на машине Атвуда. ТУСУР, Крафт Н.А. 2012 - файл n2.docx

Лабораторная работа № 1 по курсу общей физики. Изучение прямолинейного движения тел на машине Атвуда. ТУСУР, Крафт Н.А. 2012
скачать (195.2 kb.)
Доступные файлы (3):

n1.txt	4kb.	30.03.2012 15:54	скачать
n2.docx	188kb.	30.03.2012 16:54	скачать
n3.xls	52kb.	30.03.2012 18:17	скачать

---

Смотрите также:
• Богатин А.С. Изучение законов прямолинейного движения на машине Атвуда: Виртуальный тренажер по общефизическому практикуму (Документ)
• Лабораторная работа № 2.Определение момента инерции твердых тел. Тусур, Крафт Н.А. 2012 (Документ)
• Сивухин Д.В., Стрелков С.П., Угаров В.А., Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. Механика (Документ)
• Лабораторная работа № 4. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона. ТУСУР, Крафт Н.А. 2012 (Документ)
• Лабораторная работа №3. Определение отношения теплоемкостей газа методом Клемана-Дезорма.ТУСУР, Крафт Н.А. 2012 (Документ)
• Лабораторные работы по судовым насосам и вентиляторам. Часть 1 (Лабораторная работа)
• Изучение законов кинематики и динамики поступательного движения с помощью машины Атвуда (Документ)
• Решебник к Сборнику задач по общему курсу физики В.С.Волькенштейн - раздел 3. Вращательное движение твердых тел (2012 г.) (Документ)
• Структура сплавов в равновесном состоянии (Документ)
• Балабина Г.В., Козлов А.Н., Савельева А.И. Изучение явления гистерезиса ферромагнитных материалов (Документ)
• Изучение динамики поступательного движения (Документ)
• Лабораторные работы по курсу общей физики (4-я Редакция 2012 г.) (Документ)

n2.docx

Факультет дистанционного обучения

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР)

Кафедра Автоматизированных систем управления 

ОТЧЕТ
Лабораторная работа № 1 по курсу общей физики
Изучение прямолинейного движения тел на машине Атвуда

Преподаватель		Студент гр. з-420-а
		В.О. Филимонов
		16.03.2012г.

г. Томск

2012
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью работы является изучение закона прямолинейного ускоренного движения тел под действием сил земного тяготения с помощью машины Атвуда.
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА

Машина Атвуда

4

1

5

3

2

4

6

7

9

8

Рис.2.1.

1 -стойка; 2 - блок; 3 - нить; 4 - грузы; 5 - средний кронштейн; 6 - фотодатчик; 7 - линейка; 8 - миллисекундомер; 9 - опора.

Схема экспериментальной установки на основе машины Атвуда приведена на рис.2.1.

На вертикальной стойке 1 крепится легкий блок 2, через который перекинута нить 3 с грузами 4 одинаковой массы. В верхней части стойки расположен электромагнит, который может удерживать блок, не давая ему вращаться. На среднем кронштейне 5 закреплен фотодатчик 6. На корпусе среднего кронштейна имеется риска, совпадающая с оптической осью фотодатчика. Средний кронштейн имеет возможность свободного перемещения и фиксации на вертикальной стойке. На вертикальной стойке укреплена миллиметровая линейка 7, по которой определяют начальное и конечное положения грузов. Начальное положение определяют по нижнему срезу груза, а конечное - по риске на корпусе среднего кронштейна.

Миллисекундомер 8 представляет собой прибор с цифровой индикацией времени. Регулировочные опоры 9 используют для регулировки положения экспериментальной установки на лабораторном столе.

Принцип работы машины Атвуда заключается в том, что когда на концах нити висят грузы одинаковой массы, то система находится в положении безразличного равновесия. Если на правый груз положить перегрузок, то система грузов выйдет из состояния равновесия и начнет двигаться.
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Стандартная абсолютная погрешность измерения времени опускания груза с пригрузком:
(3.1)

где

t_i–время опускания груза с пригрузком при i – ом измерении (i=1, ... ,n),

n – число измерений (n = 5),

< t > - среднее значения времени опускания груза с пригрузком, вычисляемое по формуле.
Абсолютно случайная погрешность измерения времени опускания груза с пригрузком:
(3.2)
где t(?,n) – коэффициент Стьюдента. При доверительной вероятности ? = 0,95 и числе измерений n = 5 коэффициент Стьюдента t(?,n) = 2,8
Абсолютная суммарная погрешность измерения времени опускания груза с пригрузком
; (3.3)
где _сис(t) – абсолютная систематическая погрешность измерения времени.

Угловой коэффициент экспериментальной прямой:

 = (3.4)

Величина ускорения, определяемого из линеаризованного графика:

a = 2²

4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Измеренные значения и результаты их обработки приведены в таблицах 4.1 и 4.2.


Таблица 4.1

Результаты прямых измерений

	Начальное положение груза, см
	46	40	38,1	32	28
	Конечное положение груза, см
	10	10	10	10	10
Номер изме-рения	Время движения t, c
1	4,874	4,456	4,18	3,958	3,593
2	4,846	4,487	4,295	3,973	3,473
3	5,057	4,426	4,352	3,875	3,528
4	4,989	4,6	4,538	3,803	3,36
5	4,949	4,506	4,409	3,897	3,654

Таблица 4.2

Результаты косвенных измерений

	Расстояние S, проходимое грузом, м
	0,360	0,300	0,281	0,220	0,180
	S1/2, м1/2
	0,600	0,548	0,530	0,469	0,424
	Среднее значение времени <t>, с
	4,943	4,495	4,355	3,901	3,522
Номер изме-рения	Квадрат времени t2, c2
1	23,756	19,856	17,472	15,666	12,910
2	23,484	20,133	18,447	15,785	12,062
3	25,573	19,589	18,940	15,016	12,447
4	24,890	21,160	20,593	14,463	11,290
5	24,493	20,304	19,439	15,187	13,352
Среднее значение , c2	24,439	20,209	18,978	15,223	12,412

Расчёт случайной погрешности измерения для построения графиков:



Таблица 4.2

Расчет погрешностей

Приборная погрешность*, с			Коэффициент Стьюдента**
0,001			2,1
Номер серии	1	2	3	4	5
кв(t), с	0,038	0,030	0,059	0,031	0,051
с(t), с	0,080	0,062	0,125	0,064	0,106
(t), с	0,081	0,063	0,126	0,065	0,107
(t2), с2	0,379	0,267	0,518	0,238	0,355

Так как класс точности электронного секундомера, используемого в лабораторной работе, не указан, то за приборную погрешность принимается единица в младшем разряде миллисекундомера - 0.001 с.

Производим расчет абсолютной случайной погрешности измерения времени движения по формуле (3.2), где при доверительной вероятности ? = 0,95 и числе измерений n = 5 коэффициент Стьюдента t(?,n) = 2,8.

Среднеквадратичное отклонение S_кв(t) вычисляется по формуле (3.1).

Полная погрешность измерения времени (t) складывается из приборной и случайной погрешностей (см. ф. (3.3). Случайная погрешность _с(t) находится по ф. (3.2).

Погрешность (t²) осреднённой величины <t²> можно принять равной среднеквадратичному отклонению.

Построение графиков. В соответствии с §8  [1] погрешности (t) округлены до первой значащей (отличной от нуля) цифры. Результаты измерений времени округляются с точностью своих погрешностей.
Таблица 4.3

Числовые данные зависимости S= f(t).

Зависимость S= f(t) на рис. 1.
Номер точки		1	2	3	4	5
Ось X	<t>, c	4,94	4,50	4,35	3,90	3,5
	(t), с	0,08	0,06	0,13	0,07	0,1
Ось Y	S, м	0,360	0,300	0,281	0,220	0,180

Таблица 4.4

Числовые данные зависимости S= f(t²).

Зависимость S= f(t2) на рис. 2.
Номер точки		1	2	3	4	5
Ось X	<t2>, c2	24,44	20,2	19,0	15,2	12,4
	(t2), с2	0,38	0,3	0,5	0,2	0,4
Ось Y	S, м	0,360	0,300	0,281	0,220	0,180

Таблица 4.5

Числовые данные зависимости S^1/2= f(t).

Зависимость S1/2= f(t) на рис. 3.
Номер точки		1	2	3	4	5
Ось X	<t>, c	4,94	4,50	4,4	3,90	3,5
	(t), с	0,08	0,06	0,1	0,07	0,1
Ось Y	S1/2, м1/2	0,600	0,548	0,530	0,469	0,424

Угловой коэффициент прямой на рис. 3:	0,1252	м1/2/с
В Excel параметры построенной по заданным точкам прямой можно получить с помощью функции ЛИНЕЙН(), в которой реализован метод наименьших квадратов (МНК).

Определяем величину ускорения: a=2·k² = 2∙0.1252² = 0,0314 м/с².


5. ВЫВОДЫ
В результате проделанной работы мы убедились в справедливости закона для прямолинейного ускоренного движения тел под действием сил земного тяготения с помощью машины Атвуда, так как смогли в пределах погрешностей измерений построить линеаризованный график зависимости ?S от t
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1
«ИЗУЧЕНИЕ ПРЯМОЛИНЕЙНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ
НА МАШИНЕ АТВУДА»
1. Какие силы действуют на груз с перегрузком во время движения?

На груз с перегрузом во время движения действует сила тяжести и сила натяжения нити.

2. Запишите уравнение движения для каждого из грузов.

Уравнение движения грузов имеют вид:

(M + m)g – T1 = (M + m)a1

Mg – T2 = Ma2

В силу не растяжимости нити a2 = - a1; при невесомом блоке T2 = T1.

(M + m)g – T1 = (M + m)a1

Mg – T1 = - Ma1

3. Укажите возможные причины, обуславливающие несовпадение теоретических выводов с результатами измерений.

Погрешности измерений физических величин обуславливает несовпадение теоретических выводов с результатами измерений.

4. Каким образом из линеаризованного графика можно оценить систематическую погрешность измерения времени?

Систематическая погрешность приводит к тому, что прямая не будет проходить через начало координат. Величина отклонения прямой от начала координат будет соответствовать систематической погрешности.

5. Укажите физические допущения, используемые при теоретическом анализе движения грузов в машине Атвуда.

Физические допущения, используемые при теоретическом анализе движения грузов в машине Атвуда: блок и нить невесомы, нить нерастяжима, сила трения мала.

---