Описание лабораторной установки

 

Общий вид установки показан на рис. 2. На вертикальной стойке 12 основания 1 крепятся два кронштейна: верхний 2 и нижний 3. Верхний кронштейн снабжен электромагнитами 13 и устройством 4 для крепления и регулировки подвеса 5. Маятник представляет собой диск 6, закрепленный на стержне 7, подвешенном на двух нитях. На диске крепится сменное кольцо 8. Маятник со сменным кольцом фиксируется в верхнем исходном положении с помощью электромагнита. На вертикальной стойке нанесена миллиметровая шкала 14, по которой определяется положение маятника.

 

1 – стержень, 2 – диск, 3 – сменное кольцо.

            Рис. 4. Устройство маятника.

Фотоэлектрический датчик 9 закреплен на кронштейне 3. Кронштейн 3 обеспечивает возможность перемещения фотодатчика вдоль вертикальной стойки и его фиксирования зажимом 15 в любом месте шкалы в пределах 0 - 420 мм.

Фотодатчик 9 предназначен для выдачи электрических сигналов на миллисекундомер 10 с цифровой индикацией времени.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Задание 1. Экспериментальное определение момента инерции маятника.

1. Установить по высоте кронштейн 3 в крайнее нижнее положение.

2.  Надеть сменное кольцо 8 на диск 6, установить необходимую длину нити с помощью устройства 4 так, чтобы нижняя кромка сменного кольца находилась на 4-5 мм ниже оптической оси (метка 11) фотодатчика. Ось маятника должна быть горизонтальной.

3. С помощью регулировки опор 16 добиться того, чтобы диск 6 на подвесе находился посередине фотодатчика 9.

4. Нажать кнопку "сеть" на панели миллисекундомера 10.

5. Накрутить нити на стержень 7 виток к витку и зафиксировать маятник в верхнем положении при помощи электромагнита 13. Нити подвеса в этом положении должны быть слегка ослабленными.

6. Установить индикатор отсчета времени на 0, нажав кнопку "сброс".

7. Нажать кнопку "пуск". Происходит выключение электромагнита и включение миллисекундомера. В момент пересечения маятником оптической оси фотодатчика отсчет времени прекращается.

8. Маятник, поднявшийся в верхнее положение, задержать рукой и осторожно отпустить вниз.

9. Записать в табл. 1показания миллисекундомера t, высоту падения груза S, массу сменного кольца m₁, радиус стержня r (измерить штангенциркулем).

10. Проделать операции (3-9) для трех различных значений высоты падения S = h – h₀, устанавливая её перемещением кронштейна 3.

Для каждого значения высоты предварительно установить нужную длину подвеса.

11. Результаты занести в таблицу 1.

12. Построить график зависимости  (рис. 3).

 13. По наклону графиков прямых определить ускорение маятника как , результаты занести в табл. 1.

14. По формуле (9) вычислить момент инерции мятника, результат занести в табл.1.

Таблица 1.

№пп ц	Масса сменного кольца	Масса диска со стержнем	Масса маятника	Высота падения	Время падения	Ускорение маятника	Радиус стержня	Момент инерции маятника
	m1, кг	m0, кг	m = m0+m1, кг	S, м	t, c	a, м/с^2	r, м	J, кг × м^2
				0,09
					tср =
				0,16
					tср =
				0,25
					tср =

Задание 2. Теоретический расчет момента инерции маятника

1. Измерить штангенциркулем радиус диска R₂  и внешний радиус сменного кольца R₃, длину стержня , толщину диска d, результаты занести в табл. 2.

2. Записать массы стержня m и диска m₂ в табл. 2.

3. Вычислить момент инерции стержня по формуле

.                                 (10)

4. Вычислить момент инерции диска по формуле

  .                                        (11)

5. Вычислить момент инерции сменного кольца по формуле

 .                                (12)

6. Вычислить момент инерции маятника Максвелла по формуле

 .                                (13)

Результаты занести в табл.2.

Таблица 2

Радиус диска	Внешний радиус кольца	Длина стержня	Толщина диска	Масса стержня	Масса диска	Момент инерции
R2, м	R3 , м	, м	d, м	m, кг	m2, кг	JT, кг × м^2

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

1. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.

2. Дайте определение кинематических характеристик вращательного движения (угловое перемещение, угловая скорость, угловое ускорение).

3. Дайте определение динамических характеристик вращательного движения (момент инерции, момент силы, момент импульса).

4. Сформулируйте закон сохранения энергии для движения маятника.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1-6