Механика. часть 3 механика твердого тела Практикум

ОПИСАНИЕ МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ И ПРИБОРА

В используемой установке собственно гироскопом является ротор высокооборотного электромоторчика 1, на оси которого укреплен массивный диск 2, защищенный экраном (рис. 2). Моторчик укреплен в обойме 3, которая шарнирно соединена с вертикальной стойкой 4 и может вращаться вокруг горизонтальной оси. Стойка 4 укреплена на круге 5, который вращается вместе с гироскопом при помощи вертикальной оси. Внешняя втулка вращательного соединителя закреплена на кронштейне 7, укрепленном на вертикальной колонке 8, расположенной на массивном основании 9. На рычаге 10, закрепленном на обойме моторчика, нанесены миллиметровые деления. Вдоль рычага может перемещаться груз, предназначенный для уравновешивания гироскопа или создания момента силы. Прибор снабжен электронным блоком управления 12, размещенном в основании прибора, и двумя фотоэлектрическими датчиками, которые на рисунке не показаны. Диск 2 имеет по краям отверстия, через которые при вращении диска на один из фотоэлектрических датчиков поступают световые сигналы, которые подсчитываются датчиком и передаются в блок управления, где преобразуются в информацию об угловой скорости вращения ротора моторчика. Регулирование скорости вращения производится ручкой «РЕГ. СКОРОСТИ», расположенной на передней панели блока управления. Там же размещается шкала указателя угловой скорости, градуированная в оборотах в минуту.

Рис. 2. Устройство гироскопа

21

Круг 5 также имеет на окружности нарезания через каждые 5 градусов. Сигналы от второго фотодатчика после преобразования дают информацию об угле поворота гироскопа вокруг вертикальной оси. Угол высвечивается на электронном табло (в градусах). На табло миллисекундомера фиксируется время, за которое произошел поворот.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1. Измерение угловой скорости прецессии гироскопа

1.Передвигая груз 11, установить рычаг 10 при помощи уровня горизонтально. Записать, при каком положении груза гироскоп уравновешен.

2.Включите питание электромотора. Для этого нажать кнопку «СЕТЬ» и затем медленно повернуть ручку «РЕГ. СКОРОСТИ» до щелчка. Продолжая медленно вращать эту же ручку, установить обороты двигателя примерно на 4000-6000 об/мин (по указанию преподавателя).

ВНИМАНИЕ!!! ПЕРЕД ВКЛЮЧЕНИЕМ КНОПКИ «СЕТЬ» СТУДЕНТ ОБЯЗАН ПРОВЕРИТЬ, ЧТО РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ВЫКЛЮЧЕН. ДЛЯ ЭТОГО СЛЕДУЕТ ПОПЫТАТЬСЯ ОСТОРОЖНО ПОВЕРНУТЬ РУЧКУ «РЕГ. СКОРОСТИ» ПРОТИВ ЧАСОВОЙ СТРЕЛКИ

ИУБЕДИТЬСЯ, ЧТО ОНА ДОВЕДЕНА ДО УПОРА.

3.Переместить груз 11 на некоторое расстояние l вправо или влево от начального положения. Наблюдать прецессию гироскопа.

4.Нажать кнопку «СБРОС». После поворота гироскопа на угол φ, не

меньше 30 градусов, нажать «СТОП». По табло миллисекундомера отсчитать время поворота t. Повторить опыт 3 раза, найти < t >.

5.Вычислить угловую скорость прецессии Ω = φ / < t > рад./сек. Определить погрешность угловой скорости .

6.Повторить измерения до 3-х раз, перемещая груз 11 на различные расстояния влево и вправо от начального положения.

Задание 2. Проверка соотношения М/Ω = const

1.Вычислить для каждого опыта момент внешней силы М = РL, где P – вес груза 11 (в ньютонах) и рассчитать его погрешность. Mгр = (366,30± ±0,02) г.

2.Найти отношения М/Ω и их погрешность. Доказать, что в пределах погрешностей измерений выполняется соотношение (5).

22

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое гироскоп?

2.Объясните, используя векторное построение, возникновение явления прецессии?

3.Почему угловая скорость прецессии является постоянной величиной?

4.От чего зависит угловая скорость прецессии?

5.Кратко опишите конструкцию прибора, цель работы и порядок проведения измерений.

ЛИТЕРАТУРА

1.Сивухин Д. В. Общий курс физики / Д. В. Сивухин. – М. : Физмат-

лит, 2005. – Т. 1. – 559 с.

2.Савельев И. В. Курс физики / И. В. Савельев. – СПб. : Лань, 2004. –

Т. 1. – 432 с.

3.Матвеев А. Н. Механика и теория относительности / А. Н. Матвеев. – М. : Мир и образование, 2003. – 432 с.

23