Методические указания к выполнению лабораторной работы №14 Владивосток 2013 Одобрено методическим советом института
жүктеу/скачать 0,69 Mb.
|
1 2
| Описание установки
Маятник Обербека состоит из четырех тонких стержней, укрепленных на горизонтальной оси под прямым углом друг к другу. На эту же ось насажены два шкива радиусов и . Вся система свободно вращается вокруг горизонтальной оси. Изменение момента инерции системы осуществляется перемещением цилиндрических грузов вдоль спиц. Момент сил определяется силой натяжения нити . Нить навивается на 1 из шкивов. Сила натяжения нити направлена по касательной к поверхности шкива, поэтому вращающий момент силы равен: (8) Запишем второй закон Ньютона для груза , имеющего массу : , (9) где - ускорение несвободного падения груза. Так как сила натяжения , груз движется равноускоренно. Начальная скорость его равна нулю. Итак, можно подсчитать путь , пройденный в этом движении телом за время ; , откуда: (10) Используя соотношения (9) и (10) ( ), момент силы (формула 7), запишем в виде: (11) Ясно, что касательное ускорение точек поверхности шкива имеет то же ускорение , как и тело . Из соотношения (1) и (10) имеем: (12) Формулы (11) и (12) позволяют проверить основной закон динамики вращательного движения: Порядок выполнения работы Задание 1 Измерить диаметры малого и большого шкивов и с помощью штангенциркуля, результаты измерений занести в таблицу. Закрепить на концах стержней цилиндрические грузы так, чтобы маятник находился в состоянии безразличного равновесия. Намотать нить на шкив большого и малого диаметра (по указанию преподавателя). Подвесить груз и измерить его высоту над полом. Измерить секундомером время падения груза. Повторить опыт не менее трех раз. По формуле (12) определить , а затем найти . Повторить опыт, описанный в пункте 4, для пяти-шести грузов с различными массами. Результаты эксперимента предоставить в виде графика, по оси ординат отложить угловое ускорение маятника , а по оси абсцисс – величины момента сил , вычисленные по формуле (11). Определить по графику момент инерции системы , который будет равен 1/tgα, где α угол наклона функции к оси абсцисс (M). Повторить опыты, описанные в пунктах 3,4,5, при новом значении момента инерции системы, переместив цилиндрические грузы на середину стержней. Построить график и определить, как указанно в п. 7 новое значение момента инерции . Убедиться в справедливости соотношения при , для этого по двум полученным графикам для одинаковых значений определить и . Убедиться в справедливости соотношения при , для этого по двум полученным графикам для одинаковых значений определить и . Находятся ли результаты эксперимента в согласии с формулой (6)? Укажите возможные причины ошибок эксперимента. Задание 2 Убедиться в справедливости теоремы Штейнера, сравнив полученное из опытов (п. 7 задания 1) значения момента инерции с теоретическим значением: , (13) где - расстояние центров цилиндрических грузов массой от оси вращения, - длина цилиндрических грузов, - их диаметр, - длина стержней (обязательно посмотрите рис. 3), их масса, - момент инерции дисков. Масса грузов указана на установке, а так же масса и длина стержней. Вычислить относительную погрешность определения момента инерции . Вычислить абсолютную погрешность . Записать окончательный результат в виде: Контрольные вопросы Как определяется величина и направление вектора момента силы? Дать определение момента инерции. Физический смысл момента инерции. Единицы измерения момента инерции. Как определить момент силы, приводящий во вращение маятник Обербека? Как теоретически рассчитать момент инерции маятника Обербека? Литература Савельев И.В. Курс общей физики, т.1, М., Наука, 1977. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики, т.1, М., 1972. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс общей физики, т.1., М., Наука, 1973 жүктеу/скачать 0,69 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
1 2