Описание установки

В настоящей лабораторной установке вертикальная металлическая колонна с маятником Обербека укреплена на коробчатом массивном основании (рис. 2). В нем размещена регулировочная часть установки: блок питания и электронный секундомер с пятиразрядным цифровым индикатором. Включение установки производится кнопкой «Сеть». Кнопка «Пуск» освобождает электромагнитный тормоз валика, который установлен сзади валика на вершине колонны, и одновременно запускает секундомер. В нижней части колонны находится фотоэлектрический датчик, состоящий из лампы накаливания и фотодиода (см. работу № 1). Датчик, который может перемещаться вверх и вниз по колонне, служит для остановки секундомера в тот момент времени, когда падающий груз перекрывает луч света к фотодиоду. Установка нуля секундомера осуществляется кнопкой «Сброс».

Порядок выполнения работы

Задание 1. Проверка прямо пропорциональной зависимости углового ускорения от момента силы при неизменном моменте инерции.

1. Снимите грузы со стержней маятника.

2. Установите фотоэлектрический датчик на уровне h₂ по шкале на колонне, предварительно ослабив фиксирующий винт. Уровень датчика определяется по указателю датчика относительно шкалы. Величина h₂ лежит в пределах 30-40 см (задается преподавателем).

3. Включите установку кнопкой «Сеть» и подвесьте к нити первый груз (массы грузов задаются преподавателем), занесите значение его массы в табл. 1.

4. Нажав одной рукой кнопку «Пуск» и отключив тем самым тормоз, второй рукой установите такое положение маятника, чтобы нижний край груза оказался на уровне h₁ по шкале. Величина h₁ лежит в пределах 10-15 см (задается преподавателем). Отпустите кнопку «Пуск», зафиксировав тем самым положение маятника.

5. Рассчитайте высоту падения h груза (h = h₂ – h₁) и занесите ее значение в табл. 1.

6. Установите секундомер на нулевое значение кнопкой «Сброс».

7. Нажмите кнопку «Пуск» и держите ее нажатой, пока груз на нити не пересечет уровень датчика (при этом время на нем остановиться), после чего кнопку отпустите. Снимите показания по секундомеру – время падения груза t. Проведите с каждым из грузов на нити по три опыта. Результаты измерений и рассчитанное среднее время <t> для каждого груза занесите в табл. 1.

Таблица 1.

№ п/п	mгр, кг	h, м	t, с	<t>, с	а, м/с2	, с-2	М, Hм
1
2

5. Используя среднее значение времени <t>, рассчитайте для обоих грузов и занесите в табл. 1 следующие величины:

• линейные ускорения а₁ и а₂ по формуле (2);

• угловые ускорения ₁ и ₂ маятника по формуле (3) с учетом указанного на рабочем месте значения радиуса валика r;

• моменты сил М₁ и М₂ по формуле (5);

• соотношения и .

5. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о степени точности Вашей проверки закона динамики вращательного движения.

Задание 2. Проверка обратно пропорциональной зависимости углового

ускорения и момента инерции при неизменном моменте сил.

1. Установите на стержнях маятника грузы вплотную к валику.

2. Нажав кнопку «Пуск», тем самым отключив тормоз, проверьте центровку маятника при ненатянутой нити. Он должен находиться в состоянии безразличного равновесия.

Если один или два груза постоянно стремятся занять нижнее положение, проведите балансировку маятника перемещением одного или двух верхних грузов в сторону от оси вращения на 1-2 мм, пока равновесие маятника не станет безразличным.

3. Измерьте расстояние R₁ от оси вращения до центра (центра масс) любого из четырех симметрично расположенных грузов на стержнях и занесите его в первую строку таблицы 2.

4. Аналогично заданию 1 трижды измерьте время падения t одного из выбранных грузов на нити, рассчитайте среднее время падения <t> и соответствующие значения а₁ и ₁ по формулам (2) и (3). Занесите полученные результаты также в первую строку табл. 2.

5. Занесите в табл. 2 значение момента инерции I^/ маятника без грузов, которое не изменяется при выполнении работы (величина I^/ указана на рабочем месте). По формуле (7) рассчитайте суммарный момент инерции I^// грузов на стержнях, а затем – момент инерции всего маятника I = I^/ + I^// и занесите их значения в табл. 2.

Таблица 2.

№ п/п

mгр, кг

h, м

R, м

t, с

<t>, с

а, м/с2

, с-2

I/, кгм2

I//, кгм2

I, кгм2

1

2

5. Сместите грузы на стержнях маятника от оси вращения на расстояние 6-8 см. Проверьте балансировку маятника, как указано в п. 2. Повторите действия, аналогичные указанным в п.п. 3-5, не меняя груз на нити, и занесите полученные результаты во вторую строку табл. 2.

6. Определите отношения и , занесите их в табл. 2.

7. Сравните полученные результаты и сделайте вывод о степени точности Вашей проверки закона динамики вращательного движения.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Параметры автоматизированной установки: r = 0,005 м;

Ι ́ = 9,46·10^-5 кг·м²;

m_r = 15.32 г.

Параметры механической установки: r =17 мм;

ℓ = 0,24 м;

m₁́ =8.4 ∙10^-2 кг (масса стержня);

m = 14,63 ∙10^-2 кг (масса груза);

m_чашки = 20г;

- момент инерции 4-х стержней