Лабораторные работы по курсу общей физики (3-я Редакция 2012 г.)

Лабораторная работа №3:

"Изучение законов вращательного движения

твёрдого тела ".

Выполнил: студент группы ВМ-111

Зарипов Азат.

Цель работы: 1. Проверка зависимости углового ускорения



от момента

силы М при постоянном моменте инерции J.

2. Проверка зависимости момента инерции J грузов от

расстояния до оси вращения.

Перечень приборов и принадлежностей:

1. секундомер;

2. маятник Обербека;

3. набор грузов;

Описание установки:

Общий вид установки с маятником Обербека приведен на рис. 3.1.

Рис. 3.1.

На вертикальной колонне 1, установленной на основании 2,

прикреплены два кронштейна – нижний неподвижный 3 и верхний

подвижный 4 – и две неподвижные втулки 5 и 6.

Основание снабжено регулирующими ножками 7, обеспечивающими

горизонтальную установку прибора. На верхней втулке 6 закреплен диск 8.

Через диск переброшена нить 9. Один конец нити прикреплен к

двуступенчатому диску 10, а на втором конце закреплены грузы 11. На

нижней втулке 5 прикреплен электромагнит 12, который после

подключения к нему напряжения питания удерживает систему крестовины

вместе с грузами в состоянии покоя. Подвижный кронштейн 4 можно

перемещать вдоль колонны и фиксировать его в любом положении,

изменяя, таким образом, длину пути падающих грузов.

Отсчет длины пути осуществляется по миллиметровой шкале 13 на

колонне.

На подвижном кронштейне 4 закреплен фотоэлектрический датчик 14.

На неподвижном кронштейне 3 закреплен фотоэлектрический датчик 15,

вырабатывающий электроимпульс конца измерения времени и

включающий тормозной электромагнит.

На основании прибора имеется миллисекундомер, к которому подключены

фотоэлектрические датчики 14 и 15. Вид лицевой панели

миллисекундомера изображен на рис. 3.1. Здесь расположены следующие

элементы управления:

16 (сеть) - выключатель сети; нажатие клавиши вызывает включение

напряжения питании и автоматическое обнуление прибора (все

индикаторы высвечивают цифру нуль и светят лампочки

фотоэлектрических датчиков);

17 (сброс) - нажатие клавиши вызывает обнуление схем

миллисекундомера;

18 (пуск) - нажатие клавиши вызывает освобождение электромагнита и

генерирование импульса, разрешающего измерение.

Краткая теория:

Величину

2

ii

rm

называют моментом инерции элемента массы

i

m

относительно оси вращения

00



. Сумма всех моментов инерции отдельных

элементарных масс





i

ii

rmJ

2

называется моментом инерции тела

относительно данной оси вращения

00



.

Момент инерции является мерой инертности вращающегося тела.

Моментом силы относительно оси называется физическая величина,

численно равная произведению силы на плечо.

Вращающий момент силы вычисляется по следующей формуле:





i

ii

i

ii

rmrF

2





Плечом силы относительно данной оси называется кратчайшее

расстояние между осью вращения тела и линией действия силы.

Момент силы относительно оси рассматривают как вектор,

направленный по оси вращения. Его направление выбирается по правилу

правого винта.

При изменении массы груза, подвешенного к нити, или радиуса шкива,

на котором закрепляется нить, можно изменить вращающий момент сил.

Перемещая грузы вдоль стержней, можно менять момент инерции

системы.





i

ii

rmJ

2

Выполнение работы:

Задание 1. Проверка зависимости углового ускорения



от момента

силы М при постоянном моменте инерции J.

m, кг

t, с

t

ср

, с

r, м

h, м



, с

2

M,

кг

22 

см

J

0

,

кг

2

м

0,053

1

2,25

2,26

0,043

0,45

4,098

0,022

0,00536

2

2,24

3

2,29

0,094

1

1,82

1,8

0,043

0,45

6,46

0,038

0,00588

2

1,81

3

1,76

0,135

1

1,54

1,55

0,043

0,45

8,712

0,055

0,00631

2

1,59

3

1,51





n

i

iср

t

n

t

1

1ср

t

=2,26

2ср

t

=1,8

3ср

t

=1,55

rt

h

r

a

2







1



=4,098

2



=6,46

3



=8,712

r

t

h

gmM )

2

(

2



1

M

=0,022

2

M

=0,038

3

M

=0,055



M

J 

0

M

График зависимости

)(Mf



.



M

J 

0

;













M

J

0

0002,0

1





0002,00053,0

01

J

0008,0

2





0008,00058,0

02

J

00011,0

3





00011,000631,0

03

J

Задание 2. Проверка зависимости моментов инерции грузов от

расстояния до оси вращения.

m = 0,135 кг; h = 0,45 м; r = 0,043 м.

N,

п/п

t, с

t

ср

, с

M,

кг

22 

см



, с

2

R, м

J

1

,

кг

2

м

J

гр

,

кг

2

м

1

2,30

2,33

0,0559

3,855

0,09

0,0145

0,0082

2,18

2,50

2

2,46

0,0560

3,459

0,12

0,0162

0,0090

2,45

2,47

3

3,11

3,04

0,0563

2,265

0,15

0,0249

0,0186

3,04

2,98

4

3,50

3,53

0,0565

1,680

0,18

0,0336

0,0273

3,54

5

4,00

4,01

0,0566

1,302

0,21

0,0435

0,0372

3,99

4,05





n

i

iср

t

n

t

1

J

rt

h

r

a

2







r

t

h

gmM )

2

(

2





M

J 

1

01

JJJ

гр



R

График зависимости J=f(R).

Вывод: В процессе эксперимента мы проверили зависимость углового

ускорения от момента силы при постоянном моменте инерции и проверили

зависимость момента инерции грузов от расстояния до оси вращения.

Рассчитав моменты инерции в первом эксперименте, мы получили

равные значения. Это доказывает правильность эксперимента.

Во втором эксперименте мы узнали, что момент инерции грузов

напрямую зависит от расстояния до оси вращения.

Лабораторная работа №4:

"Определение моментов инерции твёрдых тел

методом трифилярного подвеса".

Выполнил: студент группы ВМ-111

Нуйсков Алексей.

Цель работы: экспериментальное определение моментов инерции

твёрдых тел и проверка теоремы Штейнера.

Перечень приборов и принадлежностей:

1. трифилярный подвес (рис.1), представляющий собой

круглую платформу радиуса R, подвешенную

горизонтально на 3-х нитях к неподвижному диску

меньшего радиуса (r);

2. набор тел (2 цилиндра, параллелепипед);

3. секундомер;

4. штангенциркуль;

5. линейка.

Рис. 1.

Краткая теория:

Моментом инерции тела называется физическая величина J,

характеризующая меру инертности тела при вращательном движении.







n

i

ii

rmJ

1

2

Момент инерции тела не зависит от параллельного переноса оси

вращения.

Выполнение работы:

1. Определение момента инерции ненагруженной платформы J

0

.

№

п/п

m

0

, кг

R, м

r, м

l, м

t

0

, c

T

0

, c

J

0

,

кг

2

м

0

J

,

кг

2

м

,%



1

0,8892

0,15

0,05

0,49

45,93

1,85

0,0116

0,0018

15,6

2

46,7

3

46,18

Среднее

значение

46,27

n = 25 колебаний.

n

t

ср



0

;

2

0

4

T

l

mgRr

J





l

T

r

R

g

m

J





































22

0

%6,15

.156,0





0018,00116,0

0

J

кг

2

м

2. Определение момента инерции тела относительно оси, проходящей

через центр масс тела.

№ п/п

m, кг

m

цил

, кг

t, c

T, c

J

1с

,

кг

2

м

J

эксп1

,

кг

2

м

J

теор1

,

кг

2

м

1

0,8892

1,5

29,47

1,176

0,0128

0,0012

0,00043

2

29,35

3

29,39

Среднее

значение

29,4

n = 25 колебаний;

r

цил

=0,024м.

n

t

T 

2

1

4

)(

T

l

gRrmm

J

цил

c







J

эксп1

= J

1с

– J

0

;

0

1

22

)(

J

l

T

r

R

g

mm

J

цил

эксп









































J

теор1

=

2

1

цилцил

rm

;

цил

теор

r

m

J











 2

1



J

эксп1

=0,0012



0,0004

кг

2

м

,





7,5%

J

теор1

=0,00043



0,00003

кг

2

м

,





31%

3. Проверка теоремы Штейнера.

№ п/п

m

с

, кг

n

t, c

T, c

J

2с

,

кг

2

м

J

эксп2

,

кг

2

м

J

теор2

,

кг

2

м

1

3,8892

25

37,36

1,5028

0,034

0,0112

0,0086

2

37,82

3

37,53

Среднее

значение

37,57

d = 0,074 м.

r

с

= 0,024 м.

2

4

)2(

T

l

gRrmm

J

цил

c







2

02

2

JJ

J

c

эксп





;

0

1

22

J

l

T

r

R

g

m

J

c

эксп









































22

2

1

dmrmJ

цилцилтеор



;

Вывод: В ходе эксперимента мы получили, что скорость звука, полученная

нами методом стоячих волн, равна скорости звука, которая указана в

таблицах, а именно:

скорость звука, полученная нами, =

см/6,92,339 

,

%8,2



,

скорость звука из табличных данных = 330 м/с.

Лабораторные работы по курсу общей физики (3-я Редакция 2012 г.)

Подождите немного. Документ загружается.