Теоретичні відомості та опис приладу

Машина Атвуда дає змогу одержати рівномірний та рівномірно прискорений рухи тягарців, а також виміряти проміжки часу, протягом яких тягарці проходять задані відстані в рівномірному та рівноприскореному рухах.

Машина Атвуда (рис. 1) складається з вертикального стояка 2, на верхньому кінці якого закріплено легкий алюмінієвий блок, що обер­тається з малим тертям навколо горизонтальної осі. Через блок пере­кинуто тоненьку нитку з прикріпленими до її кінців вантажами З однакової маси М (маса їх відома; її повідомляє лаборант). Вантажі можуть спиратися на підставки 4, які переміщуються вздовж стояка. На стояку нанесено сантиметрові поділки. Для фіксації обох вантажів у певному положенні і для звільнення їх внизу на стояку закріплено електромагніт 5. Підставки 4 суцільні, а підставка 1 має отвір, крізь який вільно проходить вантаж. Крім вантажів 3 в комплекті установ­ки є додаткові тягарці 6 і 7, якими користуються для приведення си­стеми в рівноприскорений рух.

Розглянемо рух системи, що складається з пробних тіл (вантажів), маса кожного з яких М, і блока радіуса r з моментом інерції І. Нехай на правий вантаж покладено тягарець масою m. Тоді система тіл масою 2М + т пройде відстань s.

За законом збереження енергії

(1)

Коли нитка не ковзає по блоку, швидкість руху нитки (швидкість руху си­стеми тіл масою 2M + т) дорівнює ліній­ній швидкості точок обода блока r, тобто

r, (2)

а

(3)

де r –радіус блока, ω – кутова швидкість блока.

Нехтуючи силою тертя F і моментом інерції блока, при умові, що , з (1), (3) для прискорення системи маємо

(4)

Звідси видно, що система рухатиметься з прискоренням меншим, ніж прискорення вільного падіння. Збільшуючи масу додаткового тягарця, можна збільшити і прискорення системи. Відстані s, які проходить система тіл, вимірюють від нуля шкали до суцільної підставки 4, якщо застосовують тягарці 6, і до кільцевої під­ставки 1, якщо застосовують тягарці 7, що знімаються цією підставкою.