Атвудова машина

так назыв. устроенный в 1784 г. физиком Атвудом (см. это сл.) прибор, который служит для наглядного и удобного демонстрирования законов падения тел (см. Падение тел), так как при этом удалось настолько уменьшить ускорение, а следовательно, и скорость, не изменив характера падения, что наблюдение становится возможным и легким. Наблюдение при свободном падении тел крайне затруднительно вследствие громадного ускорения; все необходимые приготовления для этого настолько сложны, что подобного рода наблюдения производились только очень редко. А. машина представляет, подобно наклонной плоскости, уменьшенное ускорение, однако, с тою разницей, что на ней падение происходит отвесно, тогда как на накл. плоскости оно происходит наклонно. — А. маш. состоит (см. прилагаемый рисунок) в своих главнейших частях из очень легко вращающегося на горизонтальной оси небольшого колеса, которое устроено на верху вертикального столба высотою в 2 метра.

Атвудова машина.

Колесо снабжено в своей окружности выемкой, как обыкновенный блок, и через него перекинут шелковый свешивающийся по обе стороны снурок. К концам снурка привешены равные и поэтому взаимно уравновешивающиеся гирьки: m и n. Если подвесить на гирьку n небольшой грузик, который своей тяжестью в состоянии преодолеть трение колеса, то, очевидно, гирька n станет опускаться вдоль отвесной шкалы, устроенной рядом с поддерживающим столбом. Скорость этого опускания или падения будет меньше, чем в том случае, если б падение было свободное, так как, кроме собственной своей массы, прибавленный грузик должен привести в движение гирьки (m+n), колесцо и снурок и, кроме того, преодолеть трение колесца. Так как в грузике r движущей является сила тяжести, а эта последняя — сила постоянная, то обусловливаемое ею медленное движение будет равномерно ускоренным, что легко можно наблюдать с помощью этого прибора. Кроме того, сопротивление воздуха при этом замедленном падении будет меньше, чем при свободном падении, поэтому и условия наблюдения будут точнее. Таким образом, с помощью А. маш. можно легко убедиться, будет ли движение на ней равномерно ускоренным. При этом падение будет тем медленнее, чем меньше будет прибавленный грузик относительно суммы веса всей системы и трения, которое приходится преодолеть. Положим, грузик подобран такой, что расстояние, пройденное им при падении в первую секунду, равно одному делению шкалы А. маш.; расстояния, пройденные им во 2, 3, 4, 5-ю секунды, будут соответственно равны 2², 3², 4³, 5² = 4, 9, 16, 25 делениям шкалы. Отсюда можно легко рассчитать, что в отдельности каждой секунде по порядку — 1, 2, 3, 4 и 5-й соответствуют расстояния 1, 3, 5, 7 и 9, что согласно с законом падения тел. Чтобы сделать опыты относительно окончательной скорости, т. е. скорости в конце каждого данного момента времени, необходимо, чтобы прибавленный грузик мог быть автоматически удален в конце любой секунды, для того чтобы падающая гирька n продолжала свое движение только по инерции со скоростью, приобретенной в конце того мгновения, когда снят добавочный грузик. Для этой цели грузику придают удлиненную форму, так что он проходит сквозь особо устроенное для этого задерживающее кольцо, которое можно по желанию установить в любом месте шкалы.

Положим, кольцо установлено в конце 16-го деления шкалы, тогда грузик останется на нем при падении в конце 4-й секунды. Так как расстояние, проходимое падающим грузиком с гирькой в одну секунду, равно одному делению, то ускорение в одну секунду = 2 дел., так что составит для 4 секунд окончательную скорость 2 х 4 = 8 дел. шк., т. е. это значит, что движущаяся гирька должна идти дальше с равномерной скоростью 8 делений в секунду, после того как добавочный грузик, производивший своей тяжестью ускорение, останется в конце 4-й секунды на кольце. Для определения секунды или еще меньших промежутков времени служит подвешенный к стойке А. маш. маятник, который устроен таким образом, что одновременно с началом его движения освобождается грузик и начинает падать, так как при этом горизонтальная подставка, удерживающая его, вертикально свешивается. Вследствие этого начинается вышеуказанное падение вместе с качаниями маятника. Каждое качание сопровождается ударом особо устроенной вилки в звонковую чашечку, что дает возможность отмечать качания, наблюдая в то же время деления шкалы. А. машина со времени ее изобретения получила много усовершенствований в своих детальных частях, но основная ее идея осталась одна и та же. Так, напр., Мореном был предложен аппарат, идея которого принадлежит генералу Понселэ, для того, чтобы представить графически закон падения тел; основание этого аппарата состоит в том, что падающее тело само чертит на вращающемся цилиндре; Лаборд и др. предложили падающие плоскости для записывания. Крайне целесообразное и остроумное видоизменение А. машины сделано Бурбузом, для чего он воспользовался электричеством. Вместо маятника он употребляет графическую запись, производимую с помощью вибрир. пластинки, на барабане, который насажен на общую ось с колесом, на котором лежит снурок. Как начало вибрации пластинки, так и освобождение падающего тела у него производится с помощью двух электромагнитов, находящихся в общей цепи, что дает возможность делать их абсолютно в одно и то же мгновение.

А. машина дает возможность варьировать всевозможным образом скорость падения при демонстрациях с помощью изменения веса как уравновешивающих друг друга гирек, так и добавочного грузика. Она служит не только для демонстрирования законов падения тел, но также и для измерения движущих сил, так как на ней можно показать, что при одной и той же общей массе прибавленный груз, в n раз больший, произведет также в n раз большее ускорение, затем, что для одного и того же ускорения прибавленный грузик должен быть увеличен или уменьшен пропорционально движущейся общей массе, и, наконец, что при одном и том же прибавленном грузике ускорение изменяется обратно пропорционально изменению суммы общей массы.