Лабораторная работа м 9 диск максвелла

Цель работы:

- найти величину модуля ускорения центра инерции диска Максвелла;

- определить значение моментов инерции диска и сменных накладок;

- научиться строить физическую и математическую модель изучаемого явления.

Приборы и принадлежности:

- установка FPM-03 для измерения времени движения диска, сменные накладки.

Описание установки

Рисунок 1 – Общий вид установки

Общий вид установки показан на рисунке 1. Основание (1) оснащено регулируемыми ножками (2), которые позволяют произвести выравнивание прибора. В основании закреплена колонка (3), к которой прикреплен неподвижный верхний кронштейн (4) и подвижный нижний кронштейн (5). На верхнем кронштейне находится электромагнит (6), первый фотоэлектрический датчик (7) и вороток (8) для закрепления и регулирования длины бифиллярной подвески маятника. Нижний кронштейн вместе с прикрепленным к нему вторым фотоэлектрическим датчиком (9) можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в произвольно выбранном положении.

Диск Максвелла (10) представляет собой закрепленный на оси диск, на который накладываются сменные накладки (11), что позволяет изменять момент инерции системы и ее массу.

Подготовка прибора к работе.

Проверьте заземление прибора. Работа с прибором допускается только при наличии заземления. Прибор включается кнопкой "СЕТЬ". Измерение времени движения диска осуществляется следующим образом. Нажмите кнопку "СБРОС". Аккуратно (виток к витку) произведите намотку нитей бифиллярного подвеса до тех пор, пока диск не зафиксируется электромагнитом. Нажмите кнопку "ПУСК". На табло индикации времени прочитайте показание прибора.

Задания для самостоятельной работы.

1. Установите нижний кронштейн на расстоянии h₁ = 0,15 м от верхнего кронштейна (4). Проведите измерения времени движения диска 3-4 раза и найдите среднее время движения t₁.

2. Определите ускорение центра масс диска Максвелла по формуле:

,

где ∆h = 3∙10^-3 м (Приложение 3).

3. Повторите вычисление ускорения центра масс при значениях h = 0,15÷0,4 м с шагом 0,05 м и найти среднее значение ускорения (n – количество измерений)

4. Вычислите момент инерции диска Максвелла (J_с) относительно оси, проходящей через центр масс по формуле (Приложение 2):

,

где М – масса системы, r – радиус намотки, g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения.

5. Вычислите согласно Приложению 3 величины

На координатную плоскость (Х, У) нанести экспериментальные точки. Согласно теории зависимость между величинами Х и У линейная: У = АХ. Проведите через начало координат и экспериментальные точки наилучшую с Вашей точки зрения прямую и найдите её угловой коэффициент А.

6. По формуле:

Опять найдите момент инерции J_c и сравните с результатами п. 4.

7. Согласно методу наименьших квадратов (Приложение 3) значение А находится по формуле:

Найдите это значение A и значение I_c и сравните с найденными ранее значениями.

8. Рассчитайте погрешность определения I_c по формуле:

,

учитывая для a_c лишь погрешности разброса. Погрешности массы и радиуса намотки принять равными: ∆m = 1 г; ∆r = 1 мм.

9. Вычислите теоретическое значение момента инерции системы по стандартным формулам и указанными на рабочем месте характеристикам системы и сравните с найденными экспериментальными значениями.