Опыт 2.10. Опыт с дощечкой (центр масс)

 

Цель работы: продемонстрировать опыт с дощечкой.

Оборудование:

1. Дощечка.

2. Молоток.

3. Груз.

 

Рис. 41. Демонстрация опыта

Ход работы

1. Укладываем дощечку, чтобы ее центр масс располагался точно на линии, проведенной мелом вдоль аудиторного стола. Если теперь нанести деревянным молотком удар в центр масс палочки вдоль нанесенной линии, то мы видим, что центр масс палочки будет двигаться вдоль этой линии.

2. Если нанести удар в стороне от центра масс, то дощечка, скользя по столу, вращается, а центр масс по-прежнему движется вдоль нарисованной линии.

3. Можно утяжелить один из концов дощечки, привинтив к нему небольшой грузик. Подвесим дощечку за крючок, привинченный там, где находится центр масс, и убедимся, что она висит в горизонтальном положении.

4. Затем поместим дощечку на стол вновь таким образом, чтобы центр масс оказался на линии, и нанесем удар. Наблюдаем, что дощечка движется поступательно, не вращается, а центр масс движется вдоль линии.

5. Затем нанесем удар в стороне центра масс. Дощечка вращается, при этом центр масс движется вдоль нарисованной прямой линии.

 

Вывод: центр масс во всех случаях движется вдоль нарисованной прямой линии.

 

Опыт 2.11. Опыт Любимова

Демонстрация с грузом на пружине

Цель работы: продемонстрировать состояние невесомости.

Оборудование:

1. Рамка.

2. Пружина.

3. Груз.

 

Рис. 42. Рамка с грузом на пружине

 

Ход работы

Если сбросить рамку с грузом на пружине, то при падении в состоянии невесомости пружина оказывается в нерастянутом состоянии.

 

Демонстрация с маятником

Оборудование:

1. Рамка.

2. Маятник.

3. Направляющие проволоки.

 

Рис. 43. Рамка с подвешенным маятником

 

Ход работы

С балкона аудитории может сбрасываться по направляющим проволокам рамка с подвешенным ней маятником.

1. Если сброс происходит в момент, когда маятник при колебаниях достигает максимального отклонения, то при падении в состоянии невесомости он остается в отклоненном состоянии и не двигается.

2. Если произвести сброс маятника в момент прохождения им положения равновесия при максимальной скорости вращения маятника, то он в полете вращается.

 

Опыт 2.12. Гибкий диск

Цель работы: продемонстрировать происхождение гироскопических сил, возникающих при попытках изменить направление оси вращающегося тела

Оборудование:

1. Гибкий диск.

2. Устройство, на котором закреплен диск.

 

 

Рис. 44. Гибкий диск

 

Ход работы

Тело (гибкий резиновый диск), вращающееся с угловой скоростью ω₁, поворачивают вокруг оси перпендикулярно этой угловой скорости с некоторой второй угловой скоростью ω₂. При этом края диска изгибаются, так как на них действуют кориолисовы силы инерции. Они максимальны там, где относительная скорость движения точек перпендикулярна второй угловой скорости, то есть на оси, вокруг которой поворачивают диск. Эти силы, вызывающие прецессию свободного гироскопа, стремятся повернуть диск вокруг оси, перпендикулярной обеим угловым скоростям, то есть приводит к появлению момента так называемых гироскопических сил, действующих на подшипники, в которые закреплен диск. При изменении направления угловой скорости вращения диска на противоположное меняется и направление изгиба краев диска.

 

Вывод: показано происхождение гироскопических сил, возникающих при попытках изменить направление оси вращающегося тела.

Вопросы к разделу 2 «Динамика»
2.2. Динамика вращательного движения

 

1. Что называется моментом силы?

2. Что называется моментом инерции?

3. Запишите формулу для расчета момента силы.

4. Запишите формулу для расчета момента инерции.

5. От чего зависит момент инерции?

6. Запишите формулы для расчета моментов инерции тел правильной геометрической формы – тонкое кольцо, диск, шар.

7. Сформулируйте теорему Штейнера.

8. Запишите формулу для расчета момента инерции тела относительно любой оси.

9. Сформулируйте первый закон динамики вращательного движения.

10. Запишите формулу первого закона динамики вращательного движения.

11. Сформулируйте второй закон динамики вращательного движения.

12. Запишите формулу второго закона динамики вращательного движения.

13. Сформулируйте третий закон динамики вращательного движения.

14. Запишите формулу третьего закона динамики вращательного движения.

15. Перечислите оборудование для опыта 2.10 «Опыт с дощечкой (центр масс)».

16. Какой вывод следует из опыта 2.10 «Опыт с дощечкой (центр масс)».

17. Перечислите оборудование для опыта 2.11 «Опыт Любимова. 1. Демонстрация с грузом на пружине. 2. Демонстрация с маятником».

18. Какие выводы следуют из опыта 2.11 «Опыт Любимова»?

19. Перечислите оборудование для опыта 2.12 «Гибкий диск».

20. Какой вывод следует из опыта 2.12 «Гибкий диск»?