2. Описание экспериментальной установки

Рис. 2. Схема экспериментальной установки

Схема экспериментальной установки приведена на рис. 2 и вид установки рис. 3. Основными ее элементами являются: диск 1, шкив 2 и груз 3 рис. 2. Груз подвешен на нити проходящей через блок 6 рис. 3, намотанной на шкив. Диск вместе со шкивом смонтированы на едином соосном с ними валу 4 рис. 2. Вал крепится в подшипниках 5 рис. 2. Для регистрации местоположения груза в установке предусмотрена вертикально расположенная линейка, закреплённая на стойке 7 рис. 3. Все элементы установки смонтированы на массивной опоре. Для регистрации времени вертикального движения груза, закреплённого на нити, используется программируемый секундомер 8 рис. 3 с двумя инфракрасными датчиками 9 рис. 3 закреплёнными на стойке 7 рис. 3. Верхний и нижний датчик 9 рис. 3 выдают сигналы начала, и окончания отсчёта времени движения груза на секундомер 8 рис. 3.

Диск 1 представляет собой единую конструкцию в виде фигуры вращения. Для удобства расчета его момента инерции диск условно можно разделить на два отдельных элемента: тонкий диск (рис. 4) и кольцо (рис. 5):

Рис. 3 Вид установки

Рис. 4 Тонкий диск массой

Рис. 5 Кольцо массой

(Напоминаем, что моменты инерции этих тел не зависят от их толщины).

Внимание! В установке используется программируемый электронный секундомер с инфракрасными оптическими датчиками. Прибор настроен (запрограммирован) на работу данной установки в соответствующем режиме.

Секундомер настроен следующим образом:

А) Верхний датчик включает отсчёт времени при начале движения груза на нити из верхнего положения.

Б) Нижний датчик выключает отсчёт времени при прохождении нижнего края груза через оптическую ось датчика.

3. Порядок выполнения работы.

Записать данные установки (см. Таблицу на основании установки):

Масса диска: 18 кг.;

Диаметр диска: 330 мм.;

Диаметр шкива: 55 мм.;

Масса грузов: m₁ = 404 гр.; m₂ = 268гр.

Измерить с помощью штангенциркуля диаметр d шкива в пяти разных точках. Данные занести в табл. 1, 2.
Измерить расстояние h₁, между метками на стойке по линейке. Данные занести в таблицы 1, 2.
Подключить электронный секундомер к сети.
К нити перекинутой через блок привязать груз массой m₁. Поднять его вращением диска по часовой стрелке вверх в исходное положение (выше оптической оси верхнего датчика до упора в блок) и зафиксировать (придерживать) диск левой рукой (не перекрывая оптическую ось).
Добиться устойчивого положения груза (без колебаний).
Включить секундомер.
Отпустить диск, груз начнёт двигаться вниз. При прохождении груза через оптическую ось верхнего датчика начнётся отсчёт времени движения груза. В момент пересечения грузом оптической ось нижнего датчика и остановки отсчёта времени секундомером остановить движение диска левой рукой. Показания секундомера занести в таблицу 1.
Вращая диск по часовой стрелке вернуть груз в исходное положение.
Повторить опыт по пунктам 5-9 ещё 4 раза. Результаты занести в таблицу 1.
Добавить к грузу массой m₁ груз массой m₂ получив общую массу груза m ().
Проделать опыт с грузом массой m по пунктам 5-9 пять раз. Данные секундомера занести в таблицу 2.
Снять дополнительный груз массой m₂.
Выключить секундомер. Отключить его от сети.
Вращая диск по часовой стрелке вернуть груз массой m₁ в исходное положение (крайнее верхнее положение).
Отпустить диск, груз начнёт двигаться вниз.
Наблюдая за поступательным движением груза зафиксировать максимальную высоту h₂, на которую поднимется груз после прохождения им крайнего нижнего положения по шкале линейки. Результат занести в таблицу 1.
Повторить опыт по пунктам 14-16 ещё 4 раза. Результаты занести в таблицу 1.
Добавить к грузу массой m₁ груз массой m₂ получив общую массу груза m ().Проделать опыт по пунктам 14-16 пять раз. Результаты занести в таблицу 2.
Снять дополнительный груз массой m₂.
Нить снять с блока.
Груз массой m₁ поставить на основание маховика.