1.2: 力和加速度

1.初始设置。

1. 气垫导轨将有一个滑轮连接到另一端。绳子一端的滑翔机和运行它通过滑轮，在那里它将连接到悬挂重量。
2. 在气垫导轨上 190 厘米标记放置的滑翔机。将光板计时器放在 100 厘米标记。滑翔机本身有一个大规模的 200 g.抓住滑翔机，以便它不移动和挂末尾添加重量，重量的总质量等于 10 g。
3. 一旦权重到位，释放从其余滑翔机和记录速度的滑翔机。执行 5 运行和的平均值。
4. 计算使用方程 2和实验值从方程 3的加速度的理论值。例如，如果滑翔机有大量 200 g 和悬挂重量有大规模的 10 g，然后理论的加速，从方程 2，是如果测量的速度是 0.95 m/s，那么，使用方程 3，加速度的实验值是

2.质量的滑翔机增加。

1. 添加四个权重的滑翔，将双其质量。
2. 释放系统从休息和记录速度的滑翔机。执行 5 运行和的平均值。计算加速度，从方程 2，理论值和实验值，从方程 3。

3.增加在滑翔伞上的力。

1. 向悬挂重量添加更多的质量，以便它有总质量为 20 克。
2. 释放系统从休息和记录速度的滑翔机。执行 5 运行和的平均值。
3. 计算加速度，从方程 2，理论值和实验值，从方程 3。
4. 向悬挂重量添加更多的质量，以便它有总质量为 50 克。
5. 释放系统从休息和记录速度的滑翔机。执行 5 运行和的平均值。
6. 计算加速度，从方程 2，理论值和实验值，从方程 3。

牛顿第二定律描述了力和加速度之间的关系，这种关系是适用于物理学和工程学许多领域的最基本概念之一。

F 等于 马 是牛顿第二定律的数学表达式。这表明移动质量较大的物体需要更大的力。它还证明，对于给定的力，加速度与质量成反比。也就是说，在相同的力下，较小的质量比较大的质量加速

在这里，我们将演示一个验证牛顿第二定律的实验，该实验通过在几乎无摩擦的空气轨道上对滑翔机施加不同大小的力来验证牛顿第二定律

在详细介绍如何进行实验之前， 让我们研究有助于数据分析和解释的概念和定律。

该装置包括一个空气轨道、一个滑翔机、一个距起点 d 已知距离的光电门计时器、一个滑轮和一根从滑翔机穿过滑轮的绳子。

如果一个人将重物连接到伞绳的另一端并释放它，重物将对滑翔机施加一个力，使其加速。这个力是由牛顿第二定律给出的。同时，对重物的力将归因于重力加速度减去将下落重物连接到滑翔机的琴弦中的张力。这个张力是重量的质量乘以滑翔机的加速度。

通过将滑翔机上的力与重物上的力相等，可以推导出公式来理论上计算滑翔机的加速度。

计算滑翔机加速度的实验方法是借助光门计时器。这给了滑翔机从起点行驶距离 d 所花费的时间。使用这些信息，人们可以计算滑翔机的速度，然后借助这个运动学公式，人们可以计算出实验加速度的大小。

现在我们了解了原理，让我们看看如何在物理实验室中实际进行这个实验

如前所述，这个实验使用了一个滑翔机，该滑翔机由一条穿过滑轮的线连接到重物上。滑翔机沿着空气轨道滑动，形成一个气垫，将摩擦力减少到可以忽略不计的水平。

随着重量的下降，滑轮重新定向伞绳中的张力以拉动滑翔机，滑翔机顶部有一面 10 厘米长的旗帜。距离起点已知距离的光门记录了旗帜穿过它所需的时间

滑翔机的最终速度是旗帜的长度除以通过光门的时间。根据滑翔机的最终速度和行驶距离，可以计算加速度。

通过将摄影门计时器放置在空气轨道上的 100 厘米标记处，将滑翔机放置在 190 厘米标记处来设置实验。滑翔机的质量为 200 克。握住滑翔机，使其不动，并在伞绳末端增加重物，使总悬挂质量也达到 10 克

一旦重物就位，松开滑翔伞，记录其五次滑行的速度并计算平均值。使用滑翔机的质量和悬挂重量来计算实验和理论加速度，然后记录结果。

现在给滑翔机再增加四个重量，使其质量翻倍至 400 克。将滑翔机放在 190 厘米标记处以重复实验。松开滑翔机并记录其五次运行的速度。同样，计算并记录平均速度以及实验和理论加速度。

对于最后一组测试，从滑翔机上取下砝码，使其具有 200 克的原始质量。然后，向悬挂质量添加砝码，直到它有 20 克的新质量。重复该实验，再运行五次。

最后，在悬挂质量中添加更多砝码，直到达到 50 克，然后重复实验再运行五次。

回想一下，滑翔机的理论加速度等于重力加速度 g 乘以下落重量的质量与重量和滑翔机的质量之比。正如该表中的理论值所示，加速度随着滑翔机质量的增加而减小。

相反，由于力更大，加速度随着下落重量的增加而增加。请注意，此方程预测的加速度最大值为 g，即 9.8 米/平方秒。

接下来，让我们看看如何计算实验加速度。例如，第一次测试使用了 200 克的滑翔机和 10 克的重量。行进 100 厘米后的平均速度为每秒 0.93 米。使用前面讨论的运动学方程，实验加速度为 0.43 米/平方秒。应用于其他测试的相同计算将生成此表中显示的结果。

实验加速度和理论加速度之间的差异可能有多种原因，包括测量精度的限制、空气轨道上非常小但并非完全可以忽略不计的摩擦，以及滑翔机下方的气穴，这可能会增加或减少沿琴弦的张力。

力几乎存在于宇宙中的所有现象中。回到地球上，力量影响着日常生活的方方面面。

撞击头部可能会导致创伤并损害认知功能。一项关于运动相关脑震荡的研究使用装有三轴加速度计的特殊曲棍球头盔来测量撞击过程中的加速度。

数据通过遥测发送到笔记本电脑，笔记本电脑记录测量结果以供以后分析。知道了头部的加速度和质量，就可以使用牛顿第二定律 F=马 来计算对大脑的冲击力。

建造人行天桥的土木工程师对研究脚负荷引起的力对这些结构的影响感兴趣。在这项研究中，研究人员在人行天桥上放置了传感器，以测量行人引起的振动。然后根据垂直加速度来测量结构响应，这是研究这些结构稳定性的一个重要参数

您刚刚观看了 JoVE 对力和加速度的介绍。您现在应该了解验证牛顿第二运动定律的实验室实验背后的原理和协议。一如既往，感谢您的观看！