Описание установки

Установка представляет собой систему, состоящую из двух шкивов (радиус r₁ и r₂), закреплённых на одной оси 00, и четырёх спиц, на которых закреплены грузы одинаковой массы m₁. Грузы можно перемещать вдоль спиц, закрепляя их на разных расстояниях R от оси. Вся система может приводиться во вращательное движение посредством опускания гири массой m, прикреплённой к шнуру, который намотан на один из шкивов (рис. 3)

Поворачивая всю систему рукой, мы будем наматывать шнур на шкив и тем самым поднимем гирю m на высоту h.

В начале опыта, когда мы удерживаем систему в неподвижном состоянии, а гиря находится наверху, нить натянута силой тяжести этой гири. Но как только мы прекратим удерживать систему, гиря начинает равноускоренно падать с ускорением , гдеh– высота падения груза, t – время падения. При этом возникает сила . В результате сила натяжения шнура будет равна разности двух сил:гдеg– ускорение силы тяжести.

Результатирующая сила F приводит во вращение всю систему. Вращательный момент этой силы равен

, (1)

а с учётом основного уравнения динамики вращательного движения (I) и выражения для ε , и получаем:

(2)

где r–расстояние от линии действия силы до оси вращения, – момент инерции системы. Таким образом, измеряяh и t, можно определить a, ε, М и :;

; ;, (3)

где =0,007 кг.м² – момент инерции спиц, 4m₁R²– момент инерции четырёх грузов m₁.

Рис. 3

3. Порядок выполнения работы а. Проверка правильности соотношения

₁/₂ =₁/₂ при постоянном моменте инерции системы.

1. Включают секундомер.

2. Закрепляют грузы m₁ на спицах на заданном расстоянии R от оси вращения. Устанавливают нижнюю платформу так, чтобы она находилась под верхней платформой на заданном расстоянии от неё h. При опущенных платформах наматывают шнур на блок радиуса r₁, поднимают груз выше верхней платформы. Устанавливают в горизонтальном положении сначала нижнюю, а затем верхнюю платформы.

3. Нажимают кнопку “сброс” на секундомере.

4. Поворотом крестовины устанавливают груз m на расстоянии 1–2мм от верхней платформы и опускают крестовину. Груз начинает падать. При соприкосновении груза m (набора гирь) с верхней платформой последняя опускается и тем самым включает секундомер, который отключается при соприкосновении груза с нижней платформой. Последняя опускается и тем самым включает секундомер. Время падения груза t (показание секундомера) записывают в протокол. Этот опыт повторяют три раза, так что в протокол записывают три значения времени падения; t₁,t₂ и t₃.

5. Повторяют опыт, т.е. операции, указанные в п. 2–4, на другом блоке, радиус которого r₂.

6. По формулам (3) определяют соответственно приr₁ и r₂.

7. Расчётным путём определяют отношения ₁/₂ и ₁/₂ и сравнивают их.

Б. Проверка правильности соотношения

₁/₂ = J₂ /J₁ при постоянном моменте силы М.

8. изменяют положения R грузов m₁ на крестовине на другое и наматывают шнур на один из блоков радиуса r (значения r и R задаются преподавателями или лаборантом).

9. Последовательно выполняют операции, указанные в п. 2–5.

10. Расчетным путём определяют отношения ₁/₂ = J₂ /J₁ и сравнивают их.

Рекомендуемая форма протокола выполнения лабораторной работы приведены ниже.

Протокол лабораторной работы № 3.

Опыты при =const (R= const)

№	R	r	t1	t2	t3	<t>	a		M

Опыт при М= const (r const)