Co to jest maszyna Atwood?

Maszyna Atwood została skonstruowana w celu zademonstrowania i weryfikacji niektórych praw ruchu w warunkach laboratoryjnych. Nazwa maszyny pochodzi od człowieka, który ją wynalazł i zbudował, wielebnego George'a Atwooda. Maszyna Atwood składa się zasadniczo z dwóch mas zawieszonych na sznurku nad kołem pasowym i służy do pokazania stanu stałego przyspieszenia doświadczanego przez obie masy, gdy masy nie są sobie równe. Dziś każda maszyna zbudowana w podobny sposób do tego celu jest nadal nazywana maszyną Atwooda, a maszyny tego typu są nadal powszechnie używane w nauczaniu do demonstrowania pewnych praw fizyki.

Stosując drugą zasadę ruchu Newtona, można obliczyć, że gdy dwie masy zawieszone na sznurku nad kołem pasowym będą nierówne, nastąpi przyspieszenie, gdy spadnie większa masa, a mniejsza masa zostanie wyciągnięta i że to przyspieszenie będzie stałe dla obu mas. Tak byłoby w idealnych warunkach i nie uwzględnia tarcia ani tendencji do rozciągania się dowolnego sznurka lub drutu. Oba te czynniki można obliczyć i uwzględnić w dowolnych zmierzonych obserwacjach dowolnej demonstracji tego prawa za pomocą maszyny Atwood.

Podstawowa konstrukcja maszyny Atwood jest prosta. Stojak pionowy z kołem pasowym zamontowanym na ramieniu umożliwia zawieszenie dwóch mas na kole pojedynczym sznurkiem. Koło pasowe można zamontować w dowolny sposób, o ile sznury zwisają pionowo, ale w oryginalnej wersji i w większości innych maszyn tego typu koło pasowe jest zamontowane w taki sposób, że jego oś spoczywa i jest otoczona aż czterema innymi koła, starając się maksymalnie zmniejszyć tarcie. Każda wersja maszyny Atwooda będzie również miała środki do pomiaru odległości przebytej przez każdą masę podczas demonstracji lub eksperymentu.

Maszyna zapewnia studentom i naukowcom sposób na potwierdzenie poprzez demonstrację i lepsze zrozumienie drugiej zasady ruchu Newtona oraz innych zasad fizyki i mechaniki. Na przykład dwie masy, które mają być zawieszone na końcach sznurka, nie poruszają się same, dopóki są równe. Zmiana jednej z mas w taki sposób, aby nie były równe, spowoduje przyspieszenie jednej w górę, a drugiej w dół, zarówno z równą, jak i stałą szybkością, która nie zmienia się niezależnie od wielkości jednej z dwóch mas. Zarówno bardzo duża, jak i bardzo mała masa będzie przyspieszać z tą samą stałą prędkością, co dwie masy, które różnią się tylko nieznacznie, a ta maszyna pozwala na wykazanie tego faktu w warunkach laboratoryjnych.