Прибор по кинематике и динамике

В предлагаемом приборе (рис. 1) система движущихся тел состоит из двух грузов 20 одинаковой массы, которые при помощи крючков прикрепляются к двум одинаковым по длине и массе гибким лентам 16. Одна из лент перекинута через легкий, вращающийся на кернах эбонитовый шкив 13. Эта система тел приводится в равномерно ускоренное движение перегрузком 17, который кладут на левый груз.

С помощью устройства, напоминающего по работе часовой механизм и состоящего из маятника с цилиндрическим анкером 6, кривошипа 11 с пружиной 10, пишущего приспособления 9 и сбрасывателя 7, на ленте 16 делаются отметки в момент начала движения (момент сбрасывания нити 19) и затем через равные промежутки времени (можно получить более десяти отметок).

Прибор имеет следующие достоинства:
а) простой анкерный спуск обеспечивает во время записи незатухающие колебания маятника;
б) свободный поворот кривошипа при переходе с одного конца анкера на другой составляет более 90°, поэтому отметка на ленте наносится практически мгновенно и этот момент по существу не влияет на скорость движущихся тел;
в) при выполнении лабораторных работ учащимися можно нанести тонкие штрихи карандашом на сравнительно короткой (60 см) ленте из прорезиненной ткани, а во время демонстрации опыта учителем — широкие, хорошо видимые всеми учащимися класса штрихи с помощью кисточки, смоченной краской;
г) стержень маятника разборный. Изменяя длину его, можно иметь маятник, период колебаний которого равен 0,5 сек, и маятник, период колебаний которого равен 1 сек;
д) после незначительных конструктивных изменений прибор можно использовать для проверки закона скоростей;
е) прибор компактный: отвинтив стержни 1 и 14, его можно хранить в коробке размером 12x15x6 см.

Установка прибора. Прибор укрепляют в штативе на высоте 70 см при помощи съемного стержня 1. Через шкив перекидывают ленту с грузиками и наблюдают за ее перемещением под действием перегрузка. При правильной установке прибора лента не должна сползать со шкива и касаться ножек упругого зажима 15.

Собрав маятник, детали которого представлены на рисунке 2, проверяют равномерность хода механизма записи.

При равномерном ходе удары кривошипа происходят при одинаковых отклонениях стержня 14 маятника от положения равновесия. Это можно проверить при помощи линейки (рис. 3,е), укрепляемой горизонтально на том же штативе против стержня 22. Стержни 14 и 22 соединены между собой скобой 21. На линейке отмечают положение равновесия стержня. При этом пружинка 3, проходящая через втулку 4 и удерживающаяся на штырьках ограничителя стержня 5 (рис. 2,ж), не должна работать на скручивание.

Затем закручивают пружину 10 кривошипа и медленно отклоняют маятник в сторону до получения щелчка. Чтобы закрутить пружину 10, левой рукой смещают маятник (вместе с осью) вправо до упора так, чтобы кривошип оказался в прорези пластины 12 (рис. 2,з), а правой рукой закручивают пружину, вращая кривошип по часовой стрелке. После восьми оборотов кривошипа маятник возвращают в прежнее положение.

Если обнаружится, что маятник до образования щелчка отклоняется от положения равновесия на разные расстояния, то причину следует искать в погнутости стержня или неправильной фиксации контргайкой пластины 12 на оси маятника. В последнем случае, освободив контргайку, надо повернуть пластину 12 в сторону меньшего отклонения маятника. Такую проверку можно поручать ученикам. На рисунке 3 представлены отдельные детали прибора.

Проверка закона скоростей. Устанавливают прибор, как было указано выше. Период колебания маятника должен быть равен 1 сек. Закручивают пружину 10 кривошипа и оставляют маятник в положении равновесия, причем желательно, чтобы кривошип лежал на правом (со стороны маятника) конце анкера Затем к одной из лент подвешивают грузики (по 45 г или по 100 г), перекидывают ее через шкив и подвешивают снизу вторую ленту. Верхнюю ленту с наружной стороны желательно слегка натереть мелом, чтобы лучше были видны метки.

Положив на левый груз перегрузок (2,5 г или 5 г), подвешивают его при помощи нитки 19 на крючок 8. Когда система успокоится, маятник отклоняют на небольшой угол и отпускают. Дальнейшие операции (пуск и отметки положения движущихся тел через равные промежутки времени) будут выполнены автоматически. После остановки грузов и лент зажимом 15 останавливают маятник и измеряют отрезки пути между отметками на ленте. Проверяют равенство: