Учебное пособие: Физика: механика и термодинамика

                                                                 (12)

   Таким образом, масса груза и радиус шкива во всех последующих опытах берутся одинаковыми.                

2. Укрепите цилиндры m1 на стержнях на минимальном расстоянии от оси вращения. Сбалансируйте маятник. Измерьте расстояние r от середины подвижных цилиндров до оси вращения. Вычислите по формуле (10) момент инерции маятника в данном случае.

2. Трижды проведите  измерение времени  падения груза. Используя среднее значение времени падения, рассчитайте по формулам (4) и (5) линейное и угловое ускорение.

3. Переместите  цилиндры m1 на стержнях на несколько сантиметров. Проверьте балансировку маятника. Измерьте расстояние r и вычисляют момент  инерции маятника. Измерьте время падения груза.

4. Вновь переместите цилиндры на стержне, сбалансируйте маятник, вычислите момент инерции и измерьте время падения груза.  Шаг перемещения цилиндров должен быть выбран таким образом, чтобы получить еще 3-4  значения момента инерции маятника. Заполните таблицу 2 отчета.

Обсуждение результатов, полученных в опытах 2.2.

   В соответствии с законом динамики угловое ускорение обратно пропорционально моменту инерции, т. е. график зависимости e = f(J)  представляет собой гиперболу и визуально не идентифицируется. Поэтому проверку зависимости e =f(J) лучше провести в координатных осях [e,J-1]. В этом случае график должен представлять собой прямую линию, проходящую через начало координат. Поэтому следует вычислить величины  J-1 = 1/J и построить соответствующий график 2.

   Если построенный по вашим измерениям график e = f(J-1) представляет собой прямую линию, то этот факт подтверждает справедливость второй части закона динамики вращательного движения – угловое ускорение обратно пропорционально моменту инерции вращающегося тела.

   Если разброс велик и это затрудняет построение графика, обработайте результаты методом наименьших квадратов или проделайте новую серию измерений.

Дополнительная проверка достоверности результатов

Определение момента силы трения, действующей в системе

1. В идеальном случае все графики e=f(Mн) должны проходить через начало координат. Однако реальные прямые отсекают некоторое значение момента сил – существует некоторое минимальное значение момента сил, которое соответствует началу движения маятника. Координата этой точки дает величину момента силы трения скольжения в подшипнике маятника.  

   Определите по графику 1 значение  момента силы трения и сравните полученный результат с  Мтр, измеренном ранее в задании 1.

2. Угловой коэффициент наклона графика 1 равен моменту инерции маятника в данной его конфигурации: J=DM/De.    

    Определите момент инерции системы по графику  и сравните с его значением, рассчитанным по формуле (10) для этой конфигурации. Если между ними есть различие, то объясните причину и укажите  границу погрешности измерений.

3. Угловой коэффициент наклона графика 2 равен моменту приложенных к маятнику сил: .

    Определите по графику момент сил, приложенных к маятнику, и сравните его со значением, рассчитанным по формуле (12.)

Контрольные вопросы и упражнения

1. Назовите основные характеристики вращательного движения, укажите их обозначения, дайте им определения и назовите единицы измерения. Выделите из них векторные.

2. Запишите уравнения, свзывающие угловую и линейную скорости, угловое и линейное ускорение, период и частоту.

3. Дайте определение момента инерции материальной точки. Назовите единицы измерения момента инерции.

4. Дайте определение момента силы, укажите его направление и назовите единицы измерения.

5. Что исследовалось в данной работе?  Из каких заданий состоит вся работа? Как выполняется задание 1?  Задание 2?  Задание 3?

6. Каковы погрешности использованной в работе экспериментальной установки?

7. Какие выводы сделаны вами на основании анализа экспериментальных результатов?

8. Выполните дополнительно следующие задания контрольного характера.

8.1. Момент силы трения:             По результатам задания 1

                                                         По графику 1

8.2. Момент инерции системы:    По результатам вычислений

                                                         По графику 1

8.3. Момент силы:                          По результатам вычислений

                                                         По графику 2

Отчет по лабораторной работе № 2

«Изучение  вращательного  движения»

выполненной студент . . . . .  курса,  …...... Ф. И. ...........

группа ….                                                                                «…»…………. 200...г.

Цель работы: .............................................................................................................................

Задание 1.  Определение момента силы трения

m0 =       …. кг,   R =     … м,    Мтр =               Н×м

Задание 2.  Проверка основного уравнения динамики вращательного движения

2.1. Зависимость углового ускорения от момента действующих сил при J = const

                                                                 Таблица 1

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19