Визначення пружного і непружного ударів двох куль

 

Мета роботи:

а) вивчення пружних і непружних деформацій;

б) вивчення закону збереження енергії та імпульсу в механіці.

Прилади та матеріали:

прилад для вивчення пружного і непружного ударів двох куль, набір металевих куль, кулі з пластинами, терези з важками.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Прикладом вивчення законів збереження енергії та імпульсу може бути явище удару. Удар – зміна стану тіл у результаті короткочасної їхньої взаємодії при зіткненні. Час взаємодії тіл при ударі дуже малий і дорівнює сотим долям секунди. Одним з найпростіших видів удару є центральний удар двох куль. Центральний удар‑це удар, при якому лінія удару проходить через центр куль. Лінія удару – пряма, яка проводиться нормально до елементу поверхні зіткнення куль у момент удару. З точки зору механізму удари діляться на абсолютно пружні і абсолютно непружні.

Непружний удар спостерігається при взаємодії двох тіл з пластичних матеріалів або з пластичних і пружних тіл. Непружним ударом називається удар, після якого швидкості обох тіл, що ударяються, стають рівними і деформація після удару не змінюється. Цю швидкість можна знайти, використовуючи закон збереження імпульсу:

(1)

де К ₁ ‑ імпульс тіла з масою m ₁, яке рухається зі швидкістю ₁;

К ₂ ‑ імпульс тіла з масою m ₂, яке рухається зі швидкістю ₂:

К ‑ сумарний імпульс обох тіл з масою m ₁ + m ₂ = m,

які рухаються після удару з швидкістю U.

Тоді рівність (1) можна записати у вигляді:

(2)

Якщо одне з тіл нерухоме (наприклад ₂ = 0), тоді:

Оскільки після співудару вони продовжують рухатись у тому ж напрямку, то

(3)

Сила взаємодії неконсервативна, то для розглянутої системи закон збереження механічної енергії можна записати так:

де А ‑ робота консервативних сил (робота деформації);

, ‑ кінетична енергія куль, відповідно до і після удару.

Рівність можна записати в більш конкретному вигляді:

(4)

підставимо в (4) вираз для швидкості з (3), одержимо:

(5)

Пружний удар спостерігається при взаємодії двох тіл, виготовлених з пружних матеріалів (наприклад з сталі). Процес пружного співудару проходить у два етапи. Перший – удар після початку зіткнення: сили, які діють на кулі, збільшуються зі збіль­шенням деформації. Збільшення деформації супроводжується зміною швидкості шарів. Тіло, яке мало більшу швидкість, буде зменшувати його швидкість, а тіло з меншою швидкістю буде прискорюватись. При досягненні максимального значення деформації швидкості обох куль рівні між собою. З цього моменту, який характеризує початок другого етапу першого удару, значення деформації зменшується. При цьому сили деформації розштовхують кулі. Після того, як деформації зникнуть, шари розійдуться, повністю відновлять свою форму і будуть рухатися з різними швидкостями. Таким чином, в кінці другого етапу, запас потенціальної енергії пружно деформованих тіл знову перетворюється в кінетичну енергію.

Абсолютно пружним ударом називають удар, в результаті якого не перетворюється кінетична енергія системи взаємодіючих тіл в інші енергії, а деформація повністю відновлюється.

При цьому закон збереження механічної енергії можна записати в такому вигляді:

, (6)

де U ₁ і U ₂ ‑ швидкості тіл після удару.

Закон збереження імпульсу запишемо у такому вигляді:

(6а)

Для того, щоб записати його в скалярному вигляді, необхідно вибрати осі проекції і спроектувати на нього швидкості.

В залежності від мас куль можливі такі варіанти:

, якщо U ₁ = 0 (7)

Використовуючи закон збереження енергії та імпульсу, потрібно визначити численні значення U ₁ і U ₂. Коли рухома куля досягає свого нижнього положення, то її потенціальна енергія Е_П переходить у кінетичну Е_К. Використовуючи закон збереження енергії, маємо:

Е_П = Е_К

або

Звідки

, (8)

де h₀ ‑ висота кулі масою m ₁, яка відхилена на кут α₁.

(9)

З врахуванням (9) формула для знаходження швидкості до удару буде мати вигляд:

(10)

де l ‑ довжина підвісу кулі;

α₁ ‑ кут відхилення кулі масою m ₁.

Відповідно і швидкості куль після удару визначають так:

(11)

 

Коефіцієнт відновлення кінетичної енергії визначається таким чином:

, (12)

де ‑ кінетична енергія системи до удару;

‑ кінетична енергія після удару.

Зіткнення твердих тіл при ударі триває хоча і малий, але скінчений проміжок часу, а сили дії та протидії хоча і великі, але теж скінчені. При зіткненні куль вони обидві деформуються, точка зіткнення переходить у колову площу, кінетична енергія кулі, що вдаряє переходить в енергію пружної деформації. Виникають пружні сили, які по мірі збільшення деформації зростають і досягають найбільшої величини в момент найбільшого стискання куль. Після цього йде обернений процес переходу потенціальної енергії деформації в кінетичну енергію руху, доки кулі знову не розійдуться. Час зіткнення залежить від пружних властивостей матеріалу куль, їх відносної швидкості в момент початку удару та їх радіуса.

Оскільки удар триває дуже малий час, то при ударі може розвиватись велика потужність.

, (13)

де t ‑ час зіткнення;

m ‑ маса кулі;

h ₀ ‑ висота падіння.

Явище удару широко використовується в техніці при штампуванні, ковці та дробленні матеріалів.

Загальний вигляд приладу для дослідження зіткнення шарів ГРМ-08 подано на рис.6.

 

Методика виконання роботи

1. Гайки підвісів перемістити максимально вверх, а потім на підвіси нагвинтити два довільно вибраних шари.

2. Повертаючи гвинтом 7, розміщеним на верхньому кронштейні, встановити таку відстань між стержнями 6, щоб кулі дотикались один до одної.

3. Відпустити гвинт 10, та перемістити тримачі 8 в положення, в якому лези підвісів її будуть знаходитися в одній площині з кутниками, зі шкалами 15, 16. Загвинтити гвинт 10.

4. Відпустити гвинти підвісів 11 і встановити таку довжину проводів 12, щоб на висоті кутових шкал знаходились тільки лези підвісів, а штрихи на шкалах знаходились на одному рівні. Загвинтити гвинти підвісів.

5. Провести коректування осьової установки куль. Для цієї мети кулю, яка зайняла вище положення легко вивернути (куля прокручується на своєї осі). Діапазон коректування 0-5 мм.

6. Відпустити гвинт 20 і таким чином встановити кутники 15, 16 так, щоб лези підвісів на шкалах показували нуль. Загвинтити гайки.

7. Відпустити гвинти 18, 19. Встановити електромагніт на вибраній відстані від початку шкали і на такій висоті, щоб його вісь була продовженням риски на кулі. Загвинтити гвинти.

8. Включити мікросекундомір у мережу.

9. Натиснути клавішу «СЕТЬ».

10. Відпустити клавішу «ПУСК»

11. Гвинтом 23 відрегулювати силу електромагніту (магніту).

12. Праву кулю відхилити в бік електромагніту та заблокувати у такому стані, ліву встановити нерухомо.

13. Записати значення кута.

14. Натиснути клавішу «СБРОС».

15. Натиснути клавішу «ПУСК».

16. Після зіткнення куль спостерігати, на яку кутову відстань α₁ або α₂ відскочать кулі. Записати тривалість зіткнення куль. Зіткнення повинно бути центральним, тобто траєкторія руху після зіткнення повинна знаходитись у площині руху правої кулі до зіткнення.

17. Виміри кутів відхилення відображення та тривалість зіткнення провести не менш 5 разів.

18. За допомогою мірної стрічки визначити довжину підвісу кулі у вигляді найкоротшої відстані між стержнями верхнього кронштейну і центром кулі.

 

Завдання № 1.

Перевірка закону збереження імпульсу для пружного удару.

1. Вимірювання проводити згідно ходу роботи.

2. За формулою 6, підставляючи значення з 10 та 11, перевірити, як виконується закон збереження імпульсу.

3. Визначити час зіткнення та розрахувати потужність удару.

Розрахункові формули:

m кулі № 8 = (190 ± 0,5) · 10^–3

m кулі № 2 = (175 ± 0,5) · 10^–3

m кулі № 3 = (112 ± 0,5) · 10^–3

Завдання № 2.

Перевірка закону збереження імпульсу для непружного удару.

 

1. Для експерименту взяти одну кулю стальну, другу – з плас­тиліну.

2. Вимірювання проводити згідно ходу роботи.

3. За формулою 2, підставляючи численні значення, перевірити виконання закону збереження імпульсу для непружного удару.

4. Розрахувати роботу консервативних сил (робота деформації) за формулою 4.

5. Записати та пояснити диференційне рівняння крутильних коливань.

 

Розрахункові формули:

Завдання № 3.

Перевірка закону збереження енергії для механічної системи.

1. Виміри проводити згідно ходу роботи.

2. За формулою 12 розрахувати коефіцієнт відновлення кінетичної енергії.

 

Розрахункові формули:

 

Контрольні запитання

1. Що називається пружним та непружним ударом?

2. Сформулювати закон збереження енергії та імпульсу для замкнутої системи.

3. Який фізичний зміст коефіцієнта відновлення енергії?

4. Вивести робочі формули.

5. Від чого залежить час співудару?

 

 

Лабораторна робота № 5

 

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА

Мета роботи:

а) вивчення законів збереження в механіці;

б) вивчення законів динаміки поступального та оберталь­ного руху твердого тіла;

в) вивчення методів визначення моменту інерції твердого тіла.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Маятник Максвелла використовується для дослідження закону збереження енергії та визначення на цій основі моменту інерції залізних кілець. Маятник Максвелла – масивний диск, який висить на двох нитках намотаних на вісь диска. (рис.7а,б).

В основі 12 кріпиться колонка 5, до якої підводиться нерухомий кронштейн 6 і рухомий нижній кронштейн 4. На верхньому кронштейні знаходиться електромагніт 9, перший фотоелектричний датчик 7 та гвинт 8 для закріплення та регулювання довжини біфілярного підвісу маятника. Нижній кронштейн разом із прикріп­леним до нього другим фотоелектричним датчиком 11 можна рухати вздовж колонки та фіксувати в довільному положенні. Маятник приладу – це ролик 2, який кріпиться на осі і підвішується біфілярним способом до верхнього кронштейну. На ролик накладають різні по масі кільця 10, які змінюють момент інерції маятника (ролика та кільця). Довжину маятника визначають по шкалі на колонці приладу 5. Маятник у верхньому положенні фіксує електромагніт. Установку приладу в положення рівноваги здійсню­ють за допомогою ніжок 1.

Рух ролика такий, що він опускається вниз і піднімається вверх з направленим вниз постійним прискоренням, яке є деякою складовою прискорення сили тяжіння (так якби він котився з недуже похилої гори, а потім підіймався вверх на таку ж саму гору). Рух маятника Максвелла – це один із простих випадків плоского руху твердого тіла.

Коли маятник рухається прискорення ролика тим менше, а натяг нитки тим більше, чим більший момент інерції ролика. Доходячи до нижнього положення, коли нитка геть розкрутиться, диск знову починає підійматися вверх з тією ж початковою швидкістю, яку він мав у нижньому положенні. Прискорення у ньому буде таким же і направлене вниз. Рух будь-якої точки диска ми можемо зобразити як поступальний рух зі швидкістю , яка дорівнює швидкості центра ваги, та обертання навколо геометричної осі з кутовою швидкістю ω.

У верхньому положенні маятник має потенціальну енергію E _П = mgh. Коли відпустити маятник, він починає падати вниз і обертатись відносно своєї осі. Його кінетична енергія дорівнює сумі кінетичної енергії поступального руху та кінетичної енергії обертального руху

Система замкнута. По закону збереження енергії:

(1)

так як , а

то співвідношення (1) перетворюється:

Звідси момент інерції маятника:

(2)

де D ‑ зовнішній діаметр осі маятника, разом з намотаною ниткою підвісу

D = D ₀ + 2 D_H

(D ₀ ‑ діаметр осі маятника, D_H = 0,5 мм ‑ діаметр нитки підвісу); m ‑ маса маятника, яка дорівнює сумі мас осі маятника, ролика та кільця (всі маси вказані на деталях); h ‑ висота маятника; t ‑ час падіння маятника, вимірюється електронним секундоміром.

 

Методика виконання роботи

1. Вирівняти прилад горизонтально.

2. Записати маси.

3. Закріпити осі маятника, ролика та кільця.

4. Закріпити нижній кронштейн на заданій висоті і відрегулювати довжину підвісу (край кільця повинен бути на 2-3 мм нижче оптичної осі).

5. Включить прилад.

6. Накрутити нитку підвісу на вісь маятника (рівномірно).

7. Зафіксувати маятник у верхньому положенні за допомогою електромагніту. При цьому прорізь на кільці повинна співпадати з оптичною віссю (світовим променем) верхнього фотоелект­ричного датчика. Повернути маятник в напрямку його руху на кут приблизно 5° (прорізь повинна лежать на одній лінії з горизонтальними штрихами, накресленими на вертикальній площині корпуса фотоелектричного датчика).

8. Натиснути клавішу «СБРОС».

9. Натиснути клавішу «ПУСК». В цей момент електромагніт відключається і включається секундомір. В нижньому поло­женні маятника секундомір виключається. На табло світиться час падіння маятника. Коливання маятника зупинити рукою.

10. Зафіксувати час падіння маятника 5 разів.

11. За формулою (2) підрахувати момент інерції маятника.

12. Обчислити похибку моменту інерції махового колеса.

13. Підрахувати теоретичний момент інерції маятника:

I_m = I₀ + I_p + I_K

14. Порівняти виміряний момент інерції та теоретичний, знайти відносну похибку:

15. Оформити звітну таблицю.

 

Контрольні запитання

 

1. Що називається маятником Максвелла?

2. Що називається моментом інерції маятника?

3. Що називається моментом інерції матеріальної точки?

4. Який основний закон використовується при складанні основного розрахункового співвідношення?

5. Чому дорівнює кінетична енергія маятника в нижній точці?

6. Як визначити довжину маятника?

7. Як теоретично відрахувати момент інерції маятника?

8. Як визначити похибку в даній роботі?

9. Вивести робочу формулу.

 

Лабораторна робота № 6

 

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ ТІЛА ЗА ДОПОМОГОЮ
МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА.

 

Мета роботи:

а) вивчення законів динаміки обертального руху;

б) визначення моменту інерції за допомогою маятника Обербека.

Прилади та матеріали:

маятник Обербека, вантажі.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Маятник Обербека (рис.8) складається із чотирьох однорідних стержнів 7, вкручених в двоступеневий диск 6, який може обертатись біля нерухомої горизонтальної осі. Стержні, які мають поділки, розташовані взаємно перпендикулярно і утворюють хрестовину. На стержнях хрестовини кріплять вантажі 5 однакової маси. Через диск перекинуто нитку, один кінець якої кріпиться до вантажу 3, а другий– до двоступеневого диску 6, на якому знаходиться гальмуючий електромагніт, який тримає хрестовину в стані спокою. Для відліку довжини шляху падіння вантажів на колоні нанесемо міліметрову лінійку 1. Висота падіння визначається там, де знаходиться рухомий кронштейн 2. На рухомому кронштейні прикріпляються фото­електричні датчики 4 і 8, які фіксують час падіння вантажу і включають гальмуючий електромагніт. В основі приладу змонтовано цифровий секундомір.

При дії рівнодіючої сили, прикладеної до ватажу 3, нитка розмотується, вантаж опускається з прискоренням α і примушує маятник обертатись.

Вантаж 3 рухається вниз під дією сили тяжіння P = mg, спрямованої вниз, і сили натягу нитки F, направленої вверх. Тому для вантажу 3 має місце співвідношення:

mg – F = ma

Звідки

F = mg – ma

Якщо допустити, що робота при обертанні верхнього диску не здійснюється, то по дві сторони від верхнього диску нитка буде натягнута однаково. Під дією моменту сили маятник починає обертатись. Момент сили обертання:

M = m(g – a)r,

де ‑ радіус шківа.

Прискорення можна визначити, якщо відомий час t, за який вантаж опускається на відстань h:

Момент обертання, який діє на нашу систему визначається рівністю:

(2)

За другим законом динаміки для обертального руху:

M = I ,

де I, ‑ момент інерції та кутове прискорення маятника.

Момент інерції маятника чисельно дорівнює сумі моментів інерції матеріальних точок, з яких складається маятник. Момент матеріальної точки – добуток маси на квадрат відстані до осі обертання. Кутове прискорення маятника визначається за формулою:

(3)

Із (2) і (3) маємо співвідношення для моменту інерції маятника:

, (4)

де m ‑ маса падаючого вантажу,

h ‑ відстань, на яку опускається вантаж,

d ‑ діаметр шківа (84 мм; 45,5 мм),

g ‑ прискорення вільного падіння.

Диск зупиняється в потрібний момент за допомогою гальмую­чого елемента, який знаходиться з тильної сторони диску.

 

Методика виконання роботи

УВАГА! При виконанні роботи
ПРАЦЮВАТИ ТІЛЬКІ ПО МЕТОДИЦІ!!!

1. Встановити рухомі вантажі 5, які знаходяться на хрестовинах, на відстань вказану викладачем.

2. Відрахувати по шкалі 1, яка знаходиться на колоні, висоту падіння вантажу.

3. Включити вилку в розетку напруги. Клавішу «СЕТЬ» не вмикати.

4. Перемістити вантаж 3 до верхнього положення, обертаючи хрестовину по стрілці годинника. Зрівняти нижній кінець вантажу з горизонтальною поміткою на вертикальній поверхні корпуса верхнього фотоелектричного датчика. Натиснути клавішу «СЕТЬ» і перевірити, чи всі показники індикатора показують нулі. Перевірити, чи світяться індикатори двох фотоелектричних датчиків (система при цьому блокується електромагнітом).

5. Встановити вказану викладачем кількість вантажу. Натиснути клавішу «ПУСК» і підрахувати час падіння вантажу на висоту h.

6. Натиснути клавішу «СБРОС» і перевірити, чи встановились на табло нулі.

7. Накручуючи нитку на диск, перемістити вантажі у верхнє положення. Відпустити клавішу «ПУСК» і перевірити, чи відбулось повторне блокування.

8. Натиснути клавішу «ПУСК» і знову підрахувати час падіння вантажу.

9. Виміри повторити з трьома різними вантажами не менше 3 разів з кожним. Результати занести в звітну таблицю.

10. По формулі (4) підрахувати момент інерції системи для кожного вантажу, використовуючи середнє значення часу падіння вантажу.

11. Підрахувати похибку результату.

 

Контрольні запитання

 

1. Що називається моментом інерції матеріальної точки?

2. Чому дорівнює момент інерції маятника?

3. Які сили діють на вантаж 3?

4. Під дією якої сили маятник починає рухатись?

5. Запишіть математичний вираз другого закону динаміки для обертального руху.

6. Що є мірою інерції для обертального руху?

7. Чому дорівнює момент обертаючої сили?

8. Виведіть робочу формулу.

 

 

Лабораторна робота № 7

 

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ І МОМЕНТУ ІМПУЛЬСУ ГІРОСКОПА

 

Мета роботи:

а) вивчення динамічних характеристик обертального руху твердого тіла;

б) вивчення закону динаміки обертального руху та закону збереження моменту імпульсу твердого тіл;

в) вивчення фізичних властивостей гіроскопа.

Прилади та матеріали:

експериментальна установка для визначення динамічних параметрів гіроскопа.

 

Короткі теоретичні відомості

 

Гіроскоп – це масивне симетричне тверде тіло, що обертається з великою швидкістю навколо осі симетрії. Гіроскоп має дві важливі властивості, завдяки яким він здобув широке практичне застосування в техніці.

Перша властивість зрівноваженого гіроскопа з трьома степенями вільності полягає в тому, що його вісь симетрії при відсутності дії зовнішніх сил намагається стійко зберігати початкове положення в просторі. Ця властивість випливає із закону збереження моменту імпульсу. Можна вважати, що приблизно повний момент імпульсу гіроскопа визначається моментом імпульсу власного обертання відносно осі симетрії:

Звідси випливає, що гіроскоп зберігає свою кутову швидкість як по модулю, так і по напрямку. Збереження вектором постійного напрямку означає, що вісь обертання гіроскопа, по якій направлений , зберігає початкове положення в просторі.

Друга властивість гіроскопа: якщо до осі симетрії обертового гіроскопа прикласти силу, що намагається повернути його навколо осі перпендикулярної до осі його обертання, то гіроскоп почне повертатись навколо третьої осі, перпендикулярної до двох інших.

Ця властивість носить назву гіроскопічного ефекту. Якщо на вісь обертання гіроскопа подіяти силою що направлена вертикально вниз, то вектор моменту цієї сили, знайдений за формулою , буде лежати в горизонтальній площині і прикладений в точці О (рис.9) опори чи підвісу гіроскопа. Такий гіроскоп носить назву – гіроскоп на карданному підвісі.

Момент сили М намагається повернути вісь гіроскопа у вертикальній площині. Але вісь гіроскопа, всупереч сподіванням, повернеться в горизонтальній площині.

Це випливає з основного закону динаміки обертального руху, записаного в формі рівняння імпульсів:

Таким чином, вектор співпадає за напрямком з вектором М; він перпендикулярний до осі гіроскопа і знаходиться в горизонтальній площині. Звідси слідує, що через елементарний проміжок часу dt вектор повного моменту імпульсу, а значить і вісь гіроскопа, повернуться в горизонтальній площині на елементарний кут dφ. Таким чином, вісь гіроскопа починає обертатись відносно осі, яка паралельна діючій силі.

Процес обертання осі симетрії гіроскопа відносно осі, паралельній напрямку дії зовнішньої сили, називається прецесією.

Так як гіроскоп початково встановлено горизонтально, то його вісь симетрії описує не конус, а плоску поверхню.

Кутова швидкість прецесії знайдеться так: із мал.9 маємо:

, але

Тоді , звідки ,

де ‑ кутова швидкість прецесії.

Так як ,

де ω ‑ кутова швидкість власного обертання гіроскопа;

l ‑ віддаль від точки прикладення сил до центра підвісу гіроскопа,

то

Звідси випливає, що прецесія відбувається тим повільніше, чим швидше обертається гіроскоп.

Кутова швидкість власного обертання гіроскопа:

ω = 2π n,

де n ‑ частота обертання гіроскопа.

Тоді момент інерції гіроскопа можна знайти за формулою:

Момент імпульсу гіроскопа визначається:

Розрахункові формули:

 

Опис експериментальної установки

Схема установки зображена на рис.10. На плоскій основі, в нижній частині якої знаходяться гвинти встановлення горизон­тального положення, закріплено вертикальний стояк. На стояку змонтовано кронштейн, на якому закріплені фотоелектричний датчик 1, та зовнішня втулка обертового з`єднання 10.

Обертовий з`єднувальний пристрій дає змогу гіроскопу обертатись відносно вертикальної осі і забезпечує живлення електро­двигуном 5 фотоелектричного датчика 2 (рис.10).

Електродвигун змонтовано на кронштейні 6 таким чином, що він зможе повертатись на великий кут у вертикальній площині. На валу двигуна закріплено тягар 4, який захищено екраном 3.

На важелі 7 з метричною шкалою закріплено тягар 8 масою m = 0,375 ± 0,005 кг. Переміщуючи тягар по важелю можна встановити вісь гіроскопа в горизонтальному положенні.

Кут повороту гіроскопа відносно вертикальної осі можна виміряти за допомогою кутової шкали, що нанесена на диску 1, за допомогою покажчика 9. Диск 1 має по колу отвори через кожні 5 мм, їх переміщення підраховує фотоелектричний датчик і передає сигнал про кут повороту гіроскопа в блок керування і вимірювання 12. Тягар 4 має прорізи по колу, переміщення яких фіксується фотоелект­ричним датчиком. Інформація від нього надходить в блок 11, керування і вимірювання, де і реєструється число обертів двигуна.

 

Методика виконання роботи

1. Перевірити заземлення приладу, включити його в мережу змінного струму. Натиснути клавішу «СЕТЬ» на пульті керування і перевірити роботу індикаторів.

2. За допомогою гвинтів встановити горизонтальне положення приладу. Переміщуючи тягар 8 вздовж важеля 7, встановити його вісь горизонтально.

3. Плавно повертаючи регулятор обертів електродвигуна вправо, встановити швидкість обертання 6000 об/хв., яка фіксується стрілкою приладу індикатора числа обертів.

4. Даємо приладу працювати не більш 2 хв., потім виключаємо його, виводячи ручку регулювання обертів двигуна вліво.

5. Змістити тягар 8 вздовж важеля 7 на вісім поділок і знову включити двигун, переміщуючи ручку регулятора числа обертів вправо, встановити швидкість 6000 об/хв.

6. Для здійснення відрахунку кута і часу повороту гіроскопа натиснути клавішу «СБРОС». На індикаторі кута і часу почнеться підрахунок. Як тільки на шкалі індикації кута повороту з`явиться цифра на 1 менше необхідного кута (кути повороту задаються викладачем 30°-90°), натиснути клавішу «СТОП». При цьому автоматично зафіксується кут повороту та час. Необхідно пам`ятати, що цифру, висічену на індикаторі кута, треба збільшити в 10 разів. Значення кута одержується в градусах.

7. Повторити дослід тричі, змінюючи положення тягаря на важелі. Результати експерименту занести в звітну таблицю.

8. Обчислити момент інерції та момент імпульсу гіроскопа, використовуючи розрахункові формули.

9. Підрахувати відносну та абсолютну похибку результату.

 

Контрольні запитання

1. Сформулювати основний закон динаміки обертового руху твердого тіла.

2. Обґрунтувати фізичний зміст основних параметрів обертового руху: момент інерції, момент імпульсу.

3. Сформулювати закон збереження моменту імпульсу.

4. Що називається гіроскопом? Розповісти про його практичне застосування.

5. Назвати та обґрунтувати основні властивості гіроскопу.

6. В чому полягає суть гіроскопічного ефекту?

7. Що називається прецесією і від чого залежить кутова швидкість прецесії?

8. Вивести робочу формулу.

 

 

Лабораторна робота № 8