Описание установки

Фотография экспериментальной установки приведена на рисунке 7. Исследуемый диск 1 закреплен в штативе 2 с регулируемыми ножками 3, которые позволяют установить диск строго горизонтально.

На диске закреплены три шкива разного диаметра (рис 8), на один из которых в зависимости от индивидуального задания наматывается 15-20 оборотов шелковой нити 5. Далее нить протягивается через измерительное колесико 6 светового барьера 7, который предназначен для измерения угла поворота колесика. Световой барьер с помощью держателя 8 устанавливается таким образом, чтобы нить располагалась горизонтально.

Конец шелковой нити прикрепляется к держателю 9 массой 10 г, на котором можно размещать дополнительные перегрузки 10. Необходимо настроить установку так, чтобы держатель с перегрузками висели вертикально и могли опускаться свободно.

На диске имеется ограничительный выступ 11. Когда нажата и зафиксирована винтом 14 кнопка 13 пускового механизма, выступ 11 упирается в стержень пускового механизма и диск вращаться не может.

Рис. 7. Общий вид экспериментальной установки.

Рис. 8. Диск с тремя шкивами (1D, 2D, 3D) и уровнем (4).

Для уменьшения трения при вращении диска по гофрированной трубе 15 подается под давлением воздух, нагнетаемый турбокомпрессором (на рисунке 7 – не изображен). Для этого следует включить турбокомпрессор (переключатель поставить в положение 1) и увеличить поток воздуха, вращая регулятор компрессора по часовой стрелке до цифры 5. При этом диск «всплывает», оказывается на воздушной подушке. Чтобы диск пришел в движение, надо отпустить спусковой механизм 12, отвернув винт 14.

Световой барьер 7 устроен таким образом, что внутри него в одном «колене» расположен светодиод, излучающий электромагнитные волны в непрерывном режиме, а в другом «колене» – фотодатчик (приемник излучения). По периметру измерительного колесика 6 располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга отверстия, через которые излучение светодиода попадает на фотодатчик. При вращении колесика 6 фотодатчик будет фиксировать попадающие на него импульсы излучения, преобразуя их в электрические импульсы. По числу этих импульсов определяется угол поворота измерительного колесика и затем рассчитывается угол поворота диска.

Электрический сигнал с фотодатчика светового барьера 7 по проводам 17 передается на электронный блок Cobra 3 16, который фиксирует число полученных импульсов и одновременно с высокой точностью измеряет время. Экспериментальные результаты с этого блока передаются на компьютер, где обрабатываются специальной программой, которая, в частности, строит графики зависимостей от времени угла поворота диска, угловой скорости, углового ускорения и других величин.

На рисунке 9 показано диалоговое окно компьютера для ввода параметров. В этом окне необходимо выполнить следующие установки:

Рис. 9. Диалоговое окно с установленными параметрами измерений.

• В верхней части окна изображено два прибора. В данной лабораторной работе используется световой барьер 7, изображенный слева, его надо выделить щелчком мыши по кнопке световой барьер и выставить диаметр колесика 6, через которую переброшена нить, 25 мм.

• Из двух закладок перемещение и вращение выбираем вторую и щелкаем по ней. Под надписью дисплей устанавливаем галочку в окошке (угол). Зависимости угловой скорости , периода и углового ускорения (обозначенного в программе как α(t)), в данной работе не исследуются.

• Для получения зависимости угла от времени в графическом виде под надписью запись выделяем окошко .

• В качестве единицы измерения угла используем радиан, поэтому в окошке единица выбираем rad (радиан).

• В соседнем окошке справа установлен диаметр шкива, на который намотана нить. Внимание! Из-за особенностей работы программы в это окошко необходимо записывать радиус шкива. Если установлен первый шкив с диаметром 30 мм, то записываем – 15 мм.

• В окошке начало измерения выбираем вариант управления в движении, в окошке конец измерения - нажатием клавиши. Измерения проводятся через каждые 200 миллисекунд, что зафиксировано в нижнем окошке. В окошке определить память для выставляем 10000 значений.

После нажатия кнопки далее на экране появится окно управления процессом измерения. Измерения начинаются автоматически после начала движения диска светового барьера. Окончание измерений производится вручную по щелчку мыши в поле нужного окошка. После этого все измеренные результаты отображаются на экране компьютера.