Спосіб дослідження та демонстрації взаємодії тіл і точок прикладання сил та пристрій для його реалізації

1. Способ исследования и демонстрации взаимодействия тел и точек приложения сил, заключающийся в приложении сил к ускоряемым подвижным телам, отличающийся тем, что двум ускоряемым подвижным телам сообщают начальное ускорение одинаковое для обоих подвижных тел от одного источника силы, причем предварительно создают эквипотенциальную динамическую взаимосвязь между подвижными телами и другим источником силы, обеспечивающую неизменность его потенциальной энергии при одинаковом перемещении подвижных тел, затем от другого источника с неподвижной в момент начала действия точкой приложения силы сообщают одному из подвижных тел добавочное ускорение в том же направлении, а другому в обратном, сравнивают пути, пройденные точкой приложения силы от другого источника и обоими подвижными телами за одно и то же время, в результате чего судят о том, что точка приложения силы от другого источника и подвижные тела проходят за одно и то же время существенно различные пути, т.е. перемещение A (54) СПОСІБ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ДЕМОНСТРАЦІЇ ВЗАЄМОДІЇ ТІЛ І ТОЧОК ПРИКЛАДАННЯ СИЛ ТА ПРИСТРІЙ ДЛЯ ЙОГО РЕАЛІЗАЦІЇ 29608 ложена ускоряющая сила. Материальная точка и точка приложения силы при ускорении совпадают и за одинаковое время проходят одинаковый путь. Недостатком прототипа способа является то, что он неполно раскрывает картину возможных взаимодействий ускоряемого тела и точки приложения силы. Прототипом устройства [2] является прибор, содержащий массивное основание, на котором находится тележка с привязанной к ней гибкой нерастяжимой нитью с грузом на конце, переброшенной через блок, находящийся на кронштейне. Прибор служит для демонстрации взаимодействий между телами - грузом и тележкой при ее начальной скорости, равной нулю, которое выражается в движении тележки с ускорением. Прибор работает следующим образом. Тележку откатывают назад до определенного положения и отпускают, груз начинает опускаться с постоянным ускорением, увлекая за собой тележку. При этом измеряется величина ускорения ЕЕ. Недостатком прототипа является то, что он неполно раскрывает картину возможных взаимодействий ускоряемого тела и точки приложения силы. Так, например, для демонстрации такого простого взаимодействия как груза с тележкой, когда она имеет начальную скорость, он уже не годится по следующей причине. Перед экспериментом груз следует закрепить, чтобы он не опускался, после чего сообщить тележке заданное значение начальной скорости, которое будет достигаться в течение конечного интервала времени. Так как расстояние между тележкой и кронштейном будет сокращаться, то гибкая нерастяжимая нить станет провисать, и поэтому после освобождения груза, он станет не сразу ускорять тележку, а лишь после того, как груз, падая ускоренно, устранит провисание нити, нить натянется, причем ускорение тележка начнет получать лишь тогда и только тогда, когда скорости груза и тележки сравняются. Эта временная задержка может быть относительно невелика, но в течение этого интервала времени груз будет значительно быстрее опускаться, чем тогда, когда он начнет ускорять тележку, совершая непроизводительную работу, идущую не на ускорение тележки, а на увеличение кинетической энергии одного только груза и в превращение ее в конечном счете в тепло. В момент натяжения нити произойдет удар, нить либо порвется, либо возникнут сложные ударные процессы, и эксперимент сорвется. Задачей способа является расширение представлений о взаимодействии между ускоряемыми телами и точками приложения ускоряющих их сил. В способе исследования и демонстрации взаимодействия тел и точек приложения сил, заключающемся в приложении сил к ускоряемым подвижным телам, эта задача решается следующим образом. Двум ускоряемым подвижным телам сообщают начальное ускорение, одинаковое для обоих подвижных тел от одного источника силы, причем предварительно создают эквипотенциальную динамическую взаимосвязь между подвижными телами и другим источником силы, обеспечивающую неизменность его потенциальной энергии при одинаковом перемещении подвижных тел, затем от другого источника с неподвижной в момент начала действия точкой приложения силы сообщают одному из подвижных тел добавочное ускорение в том же направлении, а другому подвижному телу в обратном, сравнивают пути, пройденные точкой приложения силы от другого источника и обоими подвижными телами за одно и то же время, в результате чего судят о том, что точка приложения силы от другого источника и подвижныетела проходят за одно и то же время существенно различные пути, то есть, перемещение точки приложения силы от другого источника не совпадает с перемещением подвижных тел в условиях, когда неподвижная в начальный момент точка приложения силы начинает изменять скорость перемещения движущегося подвижного тела, не догнав его предварительно. Задачей устройства является иллюстрация способа на практике и расширение исследовательских и демонстрационных возможностей. Решающей вехой при решении этой задачи является устранение провисания нити, при ускорении подвижного тела, имеющего начальную скорость. В устройстве для исследования и демонстрации взаимодействия тел и точек приложения сил, содержащем основание с размещенным на нем подвижным телом и опорой с блоком на конце, причем подвижное тело соединено с грузом гибкой нерастяжимой нитью, перекинутой через блок, эта задача решается следующим образом. Дополнительно введена подвижная платформа, установленная на основание, и с упорами на концах, а подвижное тело установлено на подвижную платформу, а также добавлены устройства, опирающиеся на основание, для начального ускорения подвижной платформы и удержания груза и добавлены две опоры, из которых одна закреплена на основании, а другая на подвижной платформе, а также легкие жесткие стержни, соединенные одними концами под переменным углом друг с другом посредством оси, а другими концами с добавленными опорами прикрепленными к ним осями, и на каждую ось надеты блоки с канавками с диаметром пренебрежимо малым по сравнению с длиной стержней, через которые проходит огибающая блоки гибкая нерастяжимая нить. Операции способа 1. Обеспечивают динамическую взаимосвязь между подвижными телами, например, устанавливают одно подвижное тело на другое, находящееся на основании. 2. Обеспечивают динамическое взаимодействие между телами и силами, например, соединяют подвижное тело, установленное на основании, с первым источником силы; затем соединяют оба подвижных тела с другим источником силы с помощью эквипотенциальной динамической взаимосвязи, которая обеспечивает неизменность его потенциальной энергии при одинаковом перемещении подвижных тел; перемещают одно подвижное тело по другому назад до упора на конце; отодвигают оба подвижных тела как одно целое назад от обоих источников сил. 3. Удерживают другой источник силы от действия. 2 29608 4. Сообщают обоим подвижным телам одинаковое начальное ускорение от первого источника силы. 5. Вводят в действие другой источник силы с неподвижной точкой приложения силы в момент начала ее действия и тем самым сообщают одному из подвижных тел добавочное ускорение в том же направлении, а другому - в обратном. 6. Фиксируют путь ∆h+∆h', пройденный точкой приложения силы от другого источника в течение времени ее действия, где t1 - момент начала ее действия, t2 - момент окончания ее действия, ∆h, ∆h' - абсолютные величины смещений обоих подвижных тел. 7. Фиксируют путь, пройденный подвижным телом, установленным на другом подвижном теле, в течение того же интервала времени: k u 0 ( t 2 - t 1 ) + Dh , где: u0 - начальная скорость его в момент начала получения добавочного ускорения, k