Атвудова машина

Атвудова машина, прибор для опытного изучения законов свободного падения и для нахождения ускорения силы тяжести. Скорость свободно падающего тела увеличивается с течением времени так значительно, что непосредственное наблюдение является здесь делом очень трудным. При помощи Атвудовой машины возможно уменьшить по желанию ускорение падения, заставляя падающие тела приводить в движение, кроме своей собственной, еще другую массу. Атвудова машина состоит из вертикального столба высотой около 2 метров, разделенного, например, на сантиметры, на вершине которого имеется на горизонтальной оси легко вращающееся колесо; чрез колесо перекинута нить, на концах которой привешены одинаковые гирьки р и q, которые, следовательно, сохраняют равновесие. Если положить теперь на гирьку р маленький привесок (m), то она начнет опускаться с постоянным ускорением, тогда как другая гирька в это время поднимается. Так как той силой, которая тянет привесок вниз, приводится в движение общая масса, содержащаяся в обеих гирьках и привеске, то эта масса получит такое ускорение (g'), которое относится к ускорению (g) свободного падения, как m относится к m+2р, и поэтому тем меньше последнего, чем меньше выбран привесок m. Опыты с Атвудовой машиной производятся так. К столбу машины приделан маятник r, который бьет секунды. С первым ударом маятника отпадает находящаяся на верхнем конце (на нуле) сантиметровой скалы подставка s, которая поддерживает гирьку, обремененную привеском. Эта гирька начинает теперь опускаться и проходит в первую секунду путь в ½  g', определяемый тем, что гирька с следующим ударом маятника ударяется о горизонтальную подставку, которая предварительно устанавливается на расстоянии ½  g' ниже подставки s. Пространство, проходимое падающим телом в первую секунду, следовательно равно половине ускорения. Подставка может двигаться вдоль по столбу; если мы будем ставить ее последовательно на расстоянии 4 х ½ g’, 9 x ½ g’ и т. д., то найдем, что падающая тяжесть ударяется о подставку спустя 2, 3 и т. д. секунды; этим доказывается, что пространства, проходимые падающим телом, относятся, как квадраты времен падения. Далее, если поставить на конце пространства, проходимого падающей гирькой в первую секунду (т. е. на ½ g’), продырявленную пластинку, через отверстие которой гирька проходит, а выступающий над ее краем привесок задерживается, то в конце первой секунды падения привесок отпадет, и опускающаяся тяжесть пойдет теперь, по устранении двигающей силы, далее по инерции, равномерно, с достигнутой в это мгновение скоростью, и с следующим ударом маятника ударится о подставку s, установленную на расстоянии g' ниже того места, где отпал привесок. Если мы передвинем продырявленную пластинку на конец пространства, проходимого падающей гирькой в 2, 3, 4 и т. д. секунды, а подставку на 2 g', 3 g', 4 g' и т. д., то гирька всегда ударится о подставку на одну секунду позднее после отпадения от нее привеска, вследствие равномерного падения. Этим проверяется закон скоростей.

Изложенная здесь элементарная теория Атвудовой машины не точна, т. к. не принимает в расчет следующих обстоятельств: 1) вращение колеса сопровождается трением, которое замедляет падение груза; 2) движущая сила приводит  в движение не только массу m+2р, но еще массу колеса и нити.

А. В.