Экспериментальное задание 8.2, страница 41 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

Законы механического движения. Параграф 8. Второй закон Ньютона. Вопросы - страница 41.

Условие.

Экспериментальное задание 8.2

Работаем в группе

Изучение движения системы связанных тел

Оборудование: штатив, блок, два набора грузов, нить, рулетка, секундомер.

Рассчитайте ускорение движения системы двух тел разной массы, связанных нитью, перекинутой через неподвижный блок. Измерьте ускорение движения тел и сравните результаты расчёта и эксперимента.

Содержание работы

Два груза массами $\text{M}$ и $M + m$ соединены нерастяжимой нитью, перекинутой через блоки (рис. 8.7). При отсутствии сил трения и влияния блока под действием силы тяжести $Mg$ и силы упругости $\text{T}$ нити груз массой $\text{M}$ движется с некоторым ускорением $\vec{a_1}$ вверх, груз массой $M + m$ с равным по модулю ускорением $\vec{a_2}$ движется вниз. На основании второго закона Ньютона для первого груза справедливо уравнение $M\vec{a_1} = M\vec{g} + \vec{T}$. В скалярном виде, учитывая, что ускорение $a_1$ направлено вверх, запишем

$Ma = T - Mg$, (1)

для второго груза справедливо уравнение $(M + m)\vec{a_2} = (M + m)\vec{g} + \vec{T}$. В скалярном виде, учитывая, что ускорение $a_2$ направлено вниз, запишем

$(M + m)a = (M + m)g - T$, (2)

где $\text{M}$ — масса груза; $\text{m}$ — масса дополнительной гири; $\text{T}$ — сила натяжения нити; $\text{g}$ — ускорение свободного падения, $a_1 = a_2 = a$.

Из уравнений (1) и (2) следует:

$(2M + m)a = mg$, (3)

$a = \frac{mg}{2M + m}$. (4)

Ускорение $\text{a}$ движения грузов можно найти экспериментально, измерив время $\text{t}$, за которое груз из состояния покоя проходит расстояние $\text{h}$:

$a = \frac{2h}{t^2}$. (5)

Порядок выполнения задания

1. Укрепите неподвижный блок на высоте 1,5 м от пола. Соедините два груза массой $\text{M}$ по 0,5 кг нитью, перекиньте нить через блок. Одну гирю поставьте на пол, другая должна находиться у самого блока (см. рис. 8.7).

2. Налагая на верхний груз добавочные грузы по 10 г, добейтесь компенсации силы трения. После лёгкого толчка верхний груз должен равномерно двигаться вниз, а нижний груз равномерно подниматься вверх.

3. Рассчитайте по формуле (4) ускорение $a_1$, с каким должны двигаться грузы при наложении на верхний груз дополнительного груза 50 г.

4. Положите на верхний груз дополнительный груз массой 50 г и одновременно запустите секундомер. При достижении верхним грузом пола остановите секундомер и запишите его показания $\text{t}$. Повторите опыт 3 раза и найдите среднее значение времени движения груза.

Таблица 8.1

M, кг	m, кг	$a_1$, м/с$^2$	h, м	t, с	$a_2$, м/с$^2$

5. Вычислите по формуле (5) ускорение $a_2$ движения системы связанных тел. Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу.

6. Сравните полученное из расчёта значение ускорения $a_1$ с полученным из опыта $a_2$. Сделайте выводы.