Через блок, массой которого можно пренебречь, перекинута невесомая нерастяжимая нить, к концам которой подвешены грузы одинаковой массы (машина Атвуда). Если к правому грузу добавить перегрузок № 2, система приходит в движение. Время движения фиксируется с помощью электронного секундомера. По приведенным экспериментальным данным определить:

1. На пути 0,2 м грузы будут двигаться с ускорением …
2. В конце пути l1 = 10 см грузы будут иметь скорость …
3. Если правый груз пройдет расстояние 20 см, система будет иметь кинетическую энергию W … Дж при массе перегрузка m = 12 г и массе больших грузов М = 85 г.

Физика 10 класс Динамика машина Атвуда физика ускорение скорость кинетическая энергия эксперимент грузы перегрузка масса Движение Новый

Для решения задач, связанных с машиной Атвуда, давайте рассмотрим каждый пункт отдельно, начиная с определения ускорения, скорости и кинетической энергии системы.

1. Определение ускорения

Когда к правому грузу добавляется перегрузка, система начинает двигаться. Ускорение можно найти по формуле второго закона Ньютона:

• Сила, действующая на систему: F = m * g, где m - масса перегрузки, g - ускорение свободного падения (примерно 9.81 м/с²).
• Сила тяжести на грузах: F1 = M * g, где M - масса одного груза.
• Общая сила, действующая на систему: F_net = F - F1.
• Ускорение системы: a = F_net / (2 * M + m), где 2 * M - масса двух грузов, а m - масса перегрузки.

Подставляя значения:

• m = 0.012 кг (12 г),
• M = 0.085 кг (85 г).

Теперь можно посчитать:

• F = 0.012 * 9.81 = 0.11772 Н,
• F1 = 0.085 * 9.81 = 0.83485 Н,
• F_net = 0.11772 - 0.83485 = -0.71713 Н (в данном случае сила будет направлена вниз).
• Ускорение: a = -0.71713 / (2 * 0.085 + 0.012) = -0.71713 / 0.182 = -3.94 м/с².

Таким образом, грузы будут двигаться с ускорением около 3.94 м/с².

2. Определение конечной скорости

Чтобы найти скорость в конце пути l1 = 10 см (0.1 м), можно использовать уравнение движения с постоянным ускорением:

• V^2 = V0^2 + 2 * a * s, где V0 - начальная скорость (0, если система начинала с покоя), a - ускорение, s - путь.

Подставляя значения:

• V0 = 0,
• a = 3.94 м/с²,
• s = 0.1 м.

Получаем:

• V^2 = 0 + 2 * 3.94 * 0.1 = 0.788.
• V = √0.788 ≈ 0.887 м/с.

Таким образом, в конце пути грузы будут иметь скорость примерно 0.887 м/с.

3. Определение кинетической энергии

Кинетическая энергия системы W рассчитывается по формуле:

• W = 0.5 * m_total * V^2, где m_total - общая масса системы (двух грузов и перегрузки), V - скорость.

Общая масса системы:

• m_total = 2 * M + m = 2 * 0.085 + 0.012 = 0.182 кг.

Теперь подставим значения в формулу для кинетической энергии:

• W = 0.5 * 0.182 * (0.887)^2 = 0.5 * 0.182 * 0.788 = 0.0717 Дж.

Таким образом, если правый груз пройдет расстояние 20 см, система будет иметь кинетическую энергию примерно 0.0717 Дж.

Итак, мы рассчитали:

• Ускорение: 3.94 м/с²,
• Конечная скорость: 0.887 м/с,
• Кинетическая энергия: 0.0717 Дж.