Порядок выполнения работы

1. Взвесить на технологических весах груз с точностью до 1 гр.

2. Измерить штангенциркулем радиус шкива r.

3. Тонкий шнур, на одном конце которого имеется петля, намотать на шкив (петля надевается на штифт расположенный, на окружности вала).

4. Вращением махового колеса поднять груз на высоту h. Измерить высоту h с точностью до 1мм. (Измеренную высоту h сравнить, с числом оборотов n₁, использовав зависимость между длиной окружности, измеренным значением радиуса шкива r и числом оборотов n₁. При необходимости произвести корректировку высоты h). Число оборотов n₁ выбрать в диапазоне от 3 до10.

5. Обозначить исходное положение махового колеса и груза, проведя на спице колеса черту мелом.

6. Определить время опускания груза с высоты h. Для этого одновременно отпускают колесо и включают секундомер. В момент удара груза о пол секундомер выключают.

7. Определить число оборотов махового колеса N от момента пуска до полной остановки колеса, отсчитывая число прохождений меловой черты через исходное положение.

Очевидно ,

где n₁ – число оборотов махового колеса от начала движения до удара груза о пол;

n₂ – число оборотов махового колеса от момента удара груза об пол до полной остановки махового колеса.

8. Определить момент инерции махового колеса по формуле (2).

9. Изменить массу груза и дважды высоту его поднятия, повторить каждый эксперимент не менее 5 раз, всякий раз вычисляя момент инерции махового колеса (20 опытов). Результаты измерений занести в таблицу (Таблица рисуется произвольно).

10. Вычислить погрешность косвенных измерений по формуле (3):

, (3)

где m, t – приборные погрешности, выбираются как половина цены деления прибора измеряющего данную физическую величину.

11. Результат измерения момента инерции J записать в виде:

.

12. Сделать соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1. Назовите и дайте определение кинематическим и динамическим характеристикам вращательного движения.

2. Какую роль играет момент инерции тела при вращательном движении? От чего он зависит?

3. Как в данной работе используется закон сохранения энергии?

4. Выведите рабочую формулу (2)

5. Назовите единицу измерения момента инерции тела в системе СИ.

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 478с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики, т.1. Механика. Молекулярная физика: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. – М.: Наука. Главная редакция физико–математической литературы, 1982. – 432с.

3. Кортнев А.В. Практикум по физике. /Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Кузнецов А.М.: – М: Высшая школа, 1963. – 516с.

4. Конспект лекций.

Лабораторная работа № 3

Изучение законов динамики вращательного движения

Цель работы:1.Освоение методики определения момента инерции тела с использованием маятника Обербека.

2.Изучение законов вращательного движения.

3.Вычислить погрешность измерения.

Приборы и принадлежности: Маятник Обербека, грузы разных масс, секундомер, штангенциркуль, лабораторные весы, разновесы.

Краткая теория

При вращении твердого тела все точки движутся по окружностям, центры которых лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

При изучении вращательного движения необходимо рассмотреть две величины – момент силы и момент инерции.

Момент силы М определяется произведением силы на плечо. Момент силы величина векторная.

Момент инерции J играет ту же роль, что и масса в поступательном движении, т.е. момент инерции есть мера инертности тела при вращательном движении.

M = Jε,

где ε – угловое ускорение.

Законы вращательного движения можно изучить при помощи маятника Обербека. Маятник состоит из шкива 1 (рис.1), радиуса r, закрепленного на оси О, четырех стержней, расположенных под углом 90˚ друг к другу, и четырех одинаковых цилиндрических грузов m₁, которые можно перемещать вдоль стержней и закреплять на определенном расстоянии от оси. Грузы закрепляются симметрично, т.е. так, чтобы центр тяжести совпадал с осью вращения.

Прибор приводится во вращательное движение грузом Р прикрепленным к концу шнура, намотанного на шкив 1. Если поднять груз Р на высоту h, а потом опустить, то падающий груз будет раскручивать нить, двигая грузы m₁ с ускорением.

Угловое ускорение вращения

,

где a – линейное ускорение падения груза P;

r – радиус шкива.

рис.1

Линейное ускорение находится из соотношения

,

где h – высота падения;

t – время падения.

или . (1)

Под действием груза P на маятник действует вращающий момент:

M = Fr,

где F – сила натяжения нити.

,

где m – масса падающего груза;

g – ускорение силы тяжести.

Следовательно: . Или с учетом значения линейного ускорения:

. (2)