LABORATORIUM

Z MECHANIKI

Analiza ruchu prostoliniowego i pomiar przyspieszenia ziemskiego

              Celem ćwiczenia jest zbadanie ruchu jednostajnego i jednostajnie przyspieszonego oraz wyznaczenie przyspieszenia ziemskiego przy pomocy spadkownicy Atwooda.

              Ponieważ trudności pomiaru przyspieszenia ziemskiego związane są z dużą wartością tegoż przyspieszenia, dlatego do jego pomiaru zastosujemy urządzenie zwane spadkownicą Atwooda. Pozwala ono łatwo wyznaczyć przyspieszenie jeśli jednak przyjmiemy, że blok i nić są nieważkie oraz pominiemy tarcie w osi bloku i opory powietrza. Na poniższym rysunku przedstawiona jest spadkownica Atwooda i opis jej elementów.

              Na pionowej kolumnie 1 osadzonej na podstawie 2 umocowane są trzy wsporniki: nieruchomy wspornik dolny 3 i dwa ruchome wsporniki – środkowy 4 i górny 5 oraz tuleja górna 6. Podstawa wyposażona jest w regulowane nóżki 7 umożliwiające wypoziomowanie przyrządu. Na tulei za pośrednictwem tarczy górnej zamocowany jest zespół ułożyskowania bloku 9, blok 10 i elektromagnes 11. Przez blok 10 przełożona jest nić 12 z przywiązanymi na jej końcach ciężarkami 13 i 14. Elektromagnes, po przyłożeniu do niego napięcia zasilającego za pomocą sprzęgła ciernego, utrzymuje układ bloku z ciężarkami w stanie spoczynkowym. Wspornik górny i środkowy można przemieszczać wzdłuż kolumny i unieruchamiać w dowolnym położeniu, wyznaczając w ten sposób długości dróg ruchu jednostajnie przyspieszonego i jednostajnego. W celu ułatwienia wyznaczenia powyższych dróg na kolumnie naniesiona jest skala milimetrowa 15, a wszystkie wsporniki posiadają wskaźnik położenia, zaś wspornik górny dodatkową kreskę, ułatwiającą dokładne zgranie dolnej krawędzi górnego ciężarka z wyznaczonym początkiem drogi ruchu. Na wsporniku środkowym zamocowany jest pierścień 16 i czujnik fotoelektryczny nr 1 17. Pierścień 16 zdejmuje ze spadającego w dół ciężarka ciężarek dodatkowy 13, a czujnik fotoelektryczny nr 1 17 w tym momencie wytwarza impuls elektryczny uruchamiający pomiar czasu spadku ciężarków. Oś optyczna czujnika fotoelektrycznego (rysa na jego korpusie) umieszczona jest na wysokości wskaźnika położenia wspornika środkowego 4. Wspornik dolny 3 wyposażony jest w dwa ograniczniki 18 z amortyzatorami gumowymi, o które uderzają kończące ruch ciężarki oraz w czujnik fotoelektryczny nr 2 19, z osią optyczną na wysokości wskaźnika położenia wspornika, po przecięciu której przez dolną krawędź spadającego ciężarka wytwarzany jest sygnał końca pomiaru czasu i włączony elektromagnes hamujący.

              W podstawie przyrządu znajduje się milisekundomierz 20, do którego podłączone są czujniki fotoelektryczne. Na płycie czołowej milisekundomierza znajdują się przyciski SIEĆ – włączenie napięcia zasilającego i wyzerowanie przyrządu, START – zwalnia elektromagnes i generuje impuls umożliwiający pomiar i ZER – zeruje wskaźniki milisekundomierza.

Wykorzystywane zależności

tmax – największa zmierzona wielkość czasu

tmin – najmniejsza zmierzona wielkość czasu

Pomiary i wyniki