Лабораторная работа N⁰3

Проверка II закона Ньютона

Краткая теория и метод исследования

В динамике основным законом движения является второй закон Ньютона, который говорит о том, что ускорение, сообщаемое телу силой F, прямо пропорционально значению этой силы, обратно пропорционально массе тела m и направлено так же как сила:

(3.1)

Для проверки этого закона можно применить установку, используемую в лабораторной работе N⁰2. Следовательно, чтобы проверить зависимость ускорения от силы, необходимо менять действующую силу (при постоянной массе тележки) и измерять проходимые телом пути и соответствующие промежутки времени. Для изменения силы на подвес, соединенный через блок с тележкой, помещают последовательно 1, 2 и 3 груза. Для проверки зависимости ускорения от массы тела будем менять массу тележки, нагружая ее грузами (при постоянной силе), и производить те же измерения, что и в первом случае.

Проверка зависимости ускорения от действующей на тело силы

1. Соберите установку, используемую в лабораторной работе N⁰2. Ответьте на вопросы:
   1. Каким образом будете менять силу, массу?
   2. Зачем необходим небольшой наклон установки?
   3. Как будете измерять путь и время?
   4. По какой формуле будете рассчитывать ускорение?
2. Проделайте 1-2 опыта, добейтесь равномерного движения тележки с помощью наклонной рельсы.
3. Изменяя силу, действующую на тележку (при постоянных массе и пути), измерьте время движения. Для каждой силы нужно провести не менее трех измерений.
4. Проведите вычисления среднего времени t_ср, его абсолютной Δt и относительной погрешности ε_t, ускорения a и его относительной ε_a и абсолютной погрешностей Δa аналогично работе 2. Все измерения и результаты вычислений занесите в таблицу 1.
5. Постройте график зависимости ускорения от силы а=а (F). Проверьте, удовлетворяет ли он линейной зависимости: если через полосу погрешностей можно провести прямую, проходящую через начало координат (см. рис.1 на с.4), то линейная зависимость подтверждена. Если такую прямую провести не удается, необходимо сделать вывод, что в эксперименте линейной зависимости между силой и ускорением не обнаружено. Сформулируйте вывод в зависимости от результатов эксперимента и запишите его.

Таблица 1

Результаты исследования зависимости ускорения от силы

Проверка зависимости ускорения от массы тела

1. Изменяя массу тележки (при постоянной силе и пути), измерьте время её движения. Для каждого значения массы проведите не менее трех измерений и повторите цикл расчетов.
2. Все измерения и результаты вычислений занести в таблицу 2.

   Таблица 2

   Результаты исследования зависимости ускорения от массы тележки

   N0 измер.	Масса m, кг	1/m, кг-1	Путь S, м	Время t, с	Среднее время tср, c	Ускорение a, м/с2
   1
   2
   3
   1
   2
   3
   1
   2
   3

3. Постройте график зависимости ускорения от массы а = а (m) и график зависимости а = а (1/m). Проверьте линейность последнего графика.
4. Сформулируйте вывод.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте II закон Ньютона. Как зависит ускорение тележки от ее массы?
2. Объясните цель каждого упражнения и экспериментальную часть работы. Как зависит ускорение от силы? Совпадает ли результат эксперимента с теорией?
3. Какие силы действуют на тележку? Почему можно считать ее движение равноускоренным? Удастся ли провести эксперимент, если установку погрузить в жидкость?