В данной задаче исследуется движение «вертушки» по наклонной плоскости.

Вертушка состоит из металлического стержня 1 с резьбой; на концах стержня располагаются диски 2, которые закрепляются с помощью двух пар гаек 3 (диски по мере необходимости можно снимать), кроме того, на стержень накручены еще две гайки 4, которые, можно смещать вдоль стержня. 

В качестве наклонной плоскости используется деревянная доска, один конец которой закрепляется в лапке штатива, а второй упирается в поверхность стола. Наклон доски будем характеризовать высотой $h$ верхнего конца доски над поверхностью стола.

Вам предстоит исследовать два вида движения, которые назовем так:

1. Скатывание, когда гайки 4 примыкают к дискам, непосредственно по доске катится стержень.
2. Перекатывание, когда гайки 4 перемещены к середине стержня и при движении происходит перекатывание с одной грани гайки на другую.

В этом случае гайки 4 должны быть достаточно жестко закреплены, для этого, например, можно под резьбу гайки подложить небольшой кусочек бумаги. Следите, чтобы грани гаек были параллельны друг другу.

 Доска (наклонная плоскость) размечена с шагом в $5~см$.

Внимательно читайте условия заданий – в них указаны параметры, при которых следует проводить измерения! 

Проверка будет проходить по результатам измерений при указанных значениях параметров!

Часть 1. Скатывание

В этой части качение должно проходить непосредственно по стержню!

Измерения проводите с вертушкой с двумя парами дисков при $h=10~см$.

A1 Экспериментально докажите, что движение оси вертушки является равноускоренным. Постройте также график закона движения оси вертушки. Определите ускорение оси вертушки с максимальной точностью, оцените погрешность найденного значения. Обозначим это ускорение $a_{12}$.

Измерения проводите при $h=10~см$. Диски необходимо менять.

A2 Измерьте ускорения движения оси вертушки с каждой из пар дисков с максимальной точностью:
$a_1$ – ускорение с парой больших дисков,
$a_2$ – с парой меньших дисков.
Оцените погрешности найденных значений.

Измерения проводите с двумя парами дисков.

В этом задании нет необходимости исследовать закон движения – расчеты можно проводить по «одной – двум точкам». Погрешности рассчитывать не требуется.

A3 Исследуйте зависимость ускорения оси диска от высоты наклонной плоскости $h$ (при всех значениях $h$ качение должно проходить без проскальзывания). Постройте график полученной зависимости. Предложите формулу, описывающую полученную зависимость, определите параметры этой формулы.

Часть 2. Перекатывание

Закрепите гайки 4 на расстоянии $2.5-3~см$ друг от друга симметрично относительно середины вертушки, так, чтобы качение (перекатывание) проходило по гайкам.

Предупреждаем! 

Эти измерения требуют большой тщательности: отрегулируйте положение доски, точно и аккуратно выставляйте начальное положение вертушки. Для начала движения вертушку можно слегка раскрутить.

Погрешности оценивать в этой части не требуется!

Все измерения в данной части проводите при $h=10~см$.

Закон движения. (Измерения проводите с двумя парами дисков).

B1 Исследуйте закон движения оси вертушки в этом случае. Постройте график полученной зависимости, рассчитайте кинематические характеристики движения.
Дайте качественное объяснение полученному закону движения.

Средние скорости (диски надо менять).

B2 Измерьте средние скорости движения оси на участке от $10$ до $25~см$ от начала движения для вертушек с каждой из пар дисков.

Теоретическая часть

B3 Найдите связь между ускорениями, измеренными в пунктах A1 и A2, со скоростями, измеренными в пунктах B1 и B2. Дайте краткое теоретическое обоснование найденной связи.

Оборудование

1. «Вертушка»
2. Наклонная плоскость
3. Штатив с лапкой
4. Секундомер с памятью этапов
5. Линейка