Задание 2. Экспериментальное определение момента инерции

Порядок выполнения задания на лабораторной установке:

1. Подвесить к шнуру, перекинутому через ролик, гирю массой .

2. Вращая вал маятника Обербека, намотать шнур на большой барабан, поднять гирю на высоту . Линейкой измерить высоту подъема гири от пола. Значения величин  и , а также радиуса барабана  внести в табл. 2а.

3. Освободить систему и одновременно включить секундомер. Когда гиря коснется пола, секундомер выключить. Затормозить маятник.

4. Опыт (пп. 2 и 3) повторить не менее трех раз, устанавливая гирю на одну и ту же высоту. Данные о времени падения гири  внести в табл. 2а.

5. Снять первую гирю. Подвесить к шнуру, перекинутому через ролик, вторую гирю. Повторить пп. 2-4.

6. Намотать шнур на малый барабан, подвесить к шнуру первую гирю. Повторить пп. 2-5.

7. Рассчитать для каждой серии опытов среднее значение времени падения .

8. По формулам (23) и (25) вычислить для каждой серии опытов значения вращающего момента и углового ускорения. Данные расчетов внести в табл. 2а.

9. По формулам (29) рассчитать значения вспомогательных величин  и внести их в табл. 2б.

10. По формуле (30) вычислить экспериментальное значение момента инерции маятника  и сравнить эту величину с расчетным значением , воспользовавшись выражением

.                             (32)

11. По формуле (31) вычислить значение тормозящего момента . Данные всех расчетов внести в табл. 2б.

12. Построить на миллиметровке график зависимости враща­ющего момента от углового ускорения. Для этого провести коор­ди­натные оси  (ось абсцисс) и  (ось ординат), по данным табл. 2а нанести точки с координатами  и по данным табл. 2б про­вести прямую, описываемую уравнением (26).

Таблица 2а

, кг

, м

, м

, с

, с

, Н×м

, c^-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2б

, с^-4

, с^-2

, Н×м/с²

, Н×м

, кг×м²

, %

, Н×м

 

 

 

 

 

 

 

 

Порядок выполнения задания на компьютерном имитаторе:

1. Для задания массы и высоты подъема гири, а также номера барабана маятника Обербека нажать на любую клавишу клавиатуры.

2. Ввести из заданных интервалов массу гири , высоту ее подъема  и номер барабана, определяющий его радиус . Значения величин ,  и  внести в табл. 2а.

3. Нажать на любую клавишу. При этом секундомер начнет отсчет времени, маятник будет вращаться, а гиря – опускаться вниз. Снять с экрана монитора время падения гири . Значение времени  внести в табл. 2а.

4. Повторить п. 3 с тем, чтобы для данных значений ,  и  получить три значения времени .

5. Вычислить среднее значение времени  и по формулам (23) и (25) рассчитать для данной серии опытов (одинаковые значения ,  и ) значения величин  и  и внести их в табл. 2а.

6. Дважды нажать на любую клавишу и ввести из заданных интервалов новые значения массы гири, высоты ее подъема и номера барабана. Значения ,  и  внести в табл. 2а.

7. Провести не менее четырех серий опытов. Для этого соответ­ствующее число раз повторить п.п. 3-6.

8. Выполнить пп. 9-12 «Порядка выполнения задания 2 на лабораторной установке».

Контрольные вопросы

1. Основные виды движения твердого тела движения.

2. Кинематические характеристики вращательного движения.

3. Момент инерции, вращающий момент и плечо силы.

4. Моменты инерции однородных тел правильной формы. Теорема Штейнера.

5. Уравнение динамики вращательного движения.

6. Цель и порядок выполнения лабораторной работы.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебник. – М.: Наука, 1988. Т.1-3.

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. – М.: Наука, 2000.

3. Зисман О.И., Тодес Т.Н. Курс физики: Учебник. – М.: Высшая школа, 1974. Т.1-3.

 

 

Учебное издание

 

Грейсух Григорий Исаевич

Степанов Сергей Алексеевич

Голобоков Сергей Владимирович

 

Изучение вращательного движения
с помощью маятника Обербека
и его компьютерного имитатора

 

Методические указания к лабораторной работе № 9

 

Редактор           М.А. Сухова

Верстка              Н.В. Кучина