Методика виконання роботи

Маятник Обербека (рис.1) представляє собою хрестоподібний маховик, який вільно обертається навколо горизонтальної осі. Маховик складається із розміщених по осі хреста декількох шківів різного радіуса (у нашому приладі двох) і двох стержнів, розміщених хрестоподібне під прямим кутом один відносно іншого. По стержнях можуть переміщатися чотири важки однакової маси . Важки на стержнях кріпляться симетрично за допомогою гвинтів. При цьому сумарний момент сил рівний нулю.

Рис.1. Схема маятника Обербека

Для того, щоб маятник обертався, треба на один з його шківів намотати нитку, до вільного кінця якої прив'язати важок масою m . При падінні цей важок створює силу натягу нитки:

(4)

де g - прискорення вільного падіння, а a - прискорення падаючого важка. За третім законом Ньютона така ж сила діє на шків радіусом r , надаючи обертальний момент:

(5)

Прискорення важка а визначається шляхом вимірювання часу t, за який він опуститься з висоти h, за відомою формулою, а саме:

(6)

Якщо важок опускається з прискоренням a, то тангенційне прискорення точок на поверхні шківа також дорівнює a, якщо нитка розмотується без тертя і проковзування. Тоді кутове прискорення системи дорівнює:

(7)

Підставляючи у співвідношення (1) значення величин М і E із (5) і (7) і враховуючи (6), одержимо вираз для визначення моменту інерції маятника:

(8)

Порядок виконання роботи

І. Перевірка правильності співвідношення (2):

1. звільнити маятник від важків на стержнях;

2. виміряти штангенциркулем діаметр шківів r, на які в процесі виконання роботи намотується нитка;

3. прив'язати один кінець нитки до шківа меншого радіуса. До другого її кінця прикріпити важок масою m=0,2кг;

4. обертаючи рукою маятник, намотати нитку на шків; визначити висоту h на яку треба підняти важок, прикріплений до нитки;

5. за допомогою електричного секундоміра визначити час падіння важка t; дослід повторити 3-5 разів;

6. перев'язати верхній кінець нитки до шківа більшого радіуса; повторити пп. 4 і 5; при цьому на шківі більшого радіуса дослід проводять при двох значеннях маси падаючого тягаря; у нашому практикумі ці значення складають 0,2 кг і 0,1 кг;

7. за отриманими даними розрахувати у кожному випадку обертальний момент М і кутове прискорення E;

8. для кожного випадку знайти співвідношення і порівняти їх між собою; переконатися, що з урахуванням похибок ці співвідношення рівні між собою, тобто

(9)

9. результати вимірювань і обчислень занести до табл. 1.

Таблиця 1

№ пп

m, кг

r, м

R, м

h, м

t, с

d,

M,

1. 2. ...