Описание лабораторной установки

 

Основным элементом установки является маятник (рис.2).

Он представляет собой горизонтальный стержень 1, закрепленный на вертикальной проволоке 2, натянутой между кронштейнами установки.

Вдоль стержня могут перемещаться два груза, массой m = 0,191 кг каждый (3).

 

 

 

                                            2           3  4             6

                                                                                              5                                                            

120

120

 

 

                                                      

          1                                                        

                                                          7      11 12 13

           

                      

10                     9

 

                                         

                             8

 

 

                                                     14     15     16

 

Рис.2

 

 Винты 4 служат для закрепления грузов в определенном положении. На концах стержня закреплены пластины 5, покрытые с одной стороны пластилином. На конце пластины находится вертикальная черта, по которой определяется угол отклонения маятника от положения равновесия. На пластине имеются деления, показывающие расстояние от оси подвеса маятника. На самом стержне нанесены поперечные штрихи на расстоянии 1 см друг от друга, первый на расстоянии 0,02 м от оси.

"Пистолет" служит для стрельбы "пулями" - алюминиевыми цилиндрами. Мишенями служат пластины 5 на маятнике. Последние соединены со стержнем 10, на который помещается "пуля".

На прозрачный экран, закрывающий маятник, нанесена шкала, позволяющая определить угол поворота маятника. На установке закреплен миллисекундомер. На нем имеется ряд индикаторных ламп. Первые две - 11 показывают число периодов колебаний, остальные 12, 13 - время полных колебаний. Лампы 12 показывает число секунд, лампы 13 - доли секунд.

Имеется так же три клавиши: 14 - "сеть", 16 -"сброс", 15 - "стоп". Они служат, соответственно, для включения прибора, прекращения счета и повторного включения в работу.

Кроме этого установка снабжена фотоэлементом, который служит для замера числа колебаний маятника.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Задание 1. Определение момента инерции баллистического маятника.

1. Включить миллисекундомер:

а) включить шнур питания в сеть;

б) нажать на клавишу "сеть" на миллисекундомере, при этом должны загореться индикаторные лампы и лампа, освещающая фотоэлемент:

в) дать погреться 2-3 минуты;

г) нажав клавишу "сброс", подготовить прибор к работе. При этом на индикаторных лампах должны высветиться цифры ''О";

д) проверить работу миллисекундомера. Для этого отклонить маятник на угол 5-10° и отпустить. Посмотреть, будет ли прибор считать количество периодов и их время;

е) нажав на клавишу "стоп", остановить работу прибора.

2. Определить период колебания баллистического маятника:

а) установить грузы на стержне на максимальное расстояние друг от друга. Измерить расстояние между центром тяжести груза и осью подвеса .

б) отклонить маятник от положения равновесия на угол 5-10°

и отпустить;

в) нажав на клавишу "сброс" миллисекундомера, замерить время трех-пяти полных колебаний . Останов­ку миллисекундомера производить, нажав на клавишу "стоп". Результаты занести в табл. 1;

г) подсчитать период колебаний маятника по формуле

 

                                   .                                          (15)

 

Таблица 1

 

№ пп

d 1, м

n 1

t 1, с

T 1, с

d 2, м

n 2

t 2, с

T 2, с

d 3, м

n 3

t 3, с

T 3, с

, кг × м^2

=

=

=

 

Измерения провести три раза. Результаты занести в табл. 1. Найти среднее значение периода   

 

                                   ,                                   (16)                                            

где N - число измерений;

д) сдвинуть грузы на минимальное расстояние друг от друга. Измерить расстояние между центром тяжести груза и осью подвеса . Произвести измерения согласно п. 2б, 2в, 2г. Занести в табл. 1 значения , , , , ;

е) сдвинуть грузы на среднее расстояние друг от друга. Измерить расстояние между центром тяжести груза и осью подвеса . Произвести измерения согласно п. 2б, 2в, 2г. Занести в табл. 1 значения , , , , .

Найти момент инерции маятника  по формуле (7), приняв

  r = 0,02 м, h = 0,02 м.

 

Задание 2. Определение скорости полета "пули".

1. Проверить положение грузов маятника. Они должны быть на минимальном расстоянии друг от друга.

2. Измерить по шкале на прозрачном кожухе положение неподвижного маятника . Результат занести в табл.2.

3. Зарядить пистолет:

а) сдвинуть ручки 9 (рис. 2) вперед до упора;

б) повернуть ручки 9 и поместить на стержень "пули";

в) вернуть ручки в горизонтальное положение и оттянуть их назад до щелчка.

4. Замерить угол , на который отклонится маятник, сразу после выстрела. Для этого, убедившись, что маятник неподвижен, произвести выстрел, наклонив ручки 9. Замерить расстояние центра "пули" , застрявшей в маятнике, от оси подвеса по шкале на маятнике. Рассчитать угол отклонения маятника.

                                        (17)

5. Записать массу "пули" .

6. Рассчитать скорость полета "пули" по формуле (12).

7. Все измерения по п.п. 4, 5 повторить еще 2 раза, записывая результаты в табл.2.

8. Найти среднее значение скорости полета "пули".

 

Таблица 2

 

№ пп.				, кг	, м	, м/с
1. 2. 3.
среднее значение

 

Задание 3. Проверка зависимости периода колебаний маятника от его момента инерции.

1. Используя результаты из табл. 1, вычислить значения квадратов периодов , ,  и значения , ,  для соответствующих значений  и заполнить табл.3.

2. Построить график зависимости . Найти из графика величину ОА и тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс .

3. Вычислить  по формуле (16) и сравнить её с величиной, по­лученной в задании 1.

 

Таблица 3

 

, с^2	, кг × м^2	, с^2	, кг × м^2	, с^2	, кг × м^2	, кг × м^2

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ СДАЧИ РАБОТЫ

 

1. Что называется моментом инерции тела и каков его физический смысл?

2. В чем состоит основное уравнение вращательного движения?

3. Как записывается формула кинетической энергии вращающегося тела и формула для потенциальной энергии закрученной проволоки?

4. Что такое момент импульса тела? В каких случаях он остается неизменным?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1-11