МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, молодЕЖИ И спортА

УКРАИНЫ

УКРАИНСКАЯ ИНЖЕНЕРНО-ПЕДАГОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра физики, теоретической и общей электротехники

Физика

«МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

И ТЕРМОДИНАМИКА»

Методические указания к лабораторным работам М1 – М5

Для иностранных студентов дневной и заочной форм обучения всех специальностей

Утверждено

Научно-методическим советом

Украинской инженерно-

педагогической академии

протокол № 2 от 11.10.11

Харьков 2011

УДК 531:534 (076.5)

«ФИЗИКА: «МЕХАНИКА. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА», методические указания к лабораторным роботам М1 – М5 для иностранных студентов дневной и заочной форм обучения всех специальностей /Сост. Д.В. Руденко, Е.В. Шуринова, И.В. Компанеец – Х.: УИПА, 2011. - 28 с.

В методических указаниях рассмотрены вопросы разделов «МЕХАНИКА», «МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА» первой части курса общей физики. Материал методических указаний соответствует типовым программам по физике для иностранных студентов инженерных и инженерно-педагогических специальностей.

Рецензент: к.физ.-мат. н., доц. Хохлов В.И.

© Руденко Д. В., 2011 © Шуринова Е. В., 2011 © Компанеец И.В., 2011 © УИПА, 2011

Содержание

Лабораторная работа М-1.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МЕТОДОМ ТРИФИЛЯРНОГО

ПОДВЕСА………………..................................................................................4

Лабораторная работа М-2

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

НА МАЯТНИКЕ ОБЕРБЕКА...........................................................................8

Лабораторная работа М-3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ПРИ ПОМОЩИ

МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА……………………………….........12

Лабораторная работа М-4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ВЯЗКОСТИ

МЕТОДОМ СТОКСА…………………………………………….................15

Лабораторная работа М-5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ УДЕЛЬНЫХ

ТЕПЛОЕМКОСТЕЙ ГАЗОВ……………………………..............................19

Лабораторная работа М-1

Определение момента инерции методом

трифилярного подвеса

1.1. Цель работы

Определение момента инерции тела с помощью трифилярного подвеса.

1.2. Общие положения

Трифилярный подвес состоит из платформы в форме диска радиуса , подвешенного на трех симметрично расположенных нитях, укрепленных у краев диска (Рис. 1.1).

Н аверху нити также симметрично прикреплены к диску меньшего радиуса . Если нижний диск повернуть на небольшой угол вокруг вертикальной оси, проходящей через его центр, то все три нити принимают наклонное положение, и центр тяжести платформы перемещается вдоль оси вращения. При этом возникает момент сил, стремящийся вернуть платформу в положение равновесия. В результате платформа совершает крутильные колебания.

Период колебаний определяется величиной момента инерции платформы: он изменится, если платформу нагрузить каким-либо телом. Этим способом и пользуются в настоящей работе.

Если платформа массой , вращаясь в одном направлении, поднялась на высоту , то приращение потенциальной энергии

,

где – ускорение силы тяжести.

Вращаясь в другом направлении, платформа придет в положение равновесия с кинетической энергией

,

где – момент инерции платформы, – угловая скорость платформы в момент достижения положения равновесия.

Пренебрегая работой сил трения, на основании закона сохранения механической энергии имеем:

.

(1.1)

Считая, что платформа совершает гармонические колебания, можно написать зависимость углового смещения платформы от времени вращения в виде:

,

где – угловое смещение платформы; – амплитуда смещения; – период полного колебания.

Угловая скорость является первой производной по времени:

.

В момент прохождения через положение равновесия ( , , , и т.д.) абсолютное значение этой величины

.

(1.2)

На основании выражений (1.1) и (1.2) имеем:

.

(1.3)

Если – длина нитей подвеса, – радиус платформы, – радиус верхнего диска, то легко видеть из рис.1.2, что

.

Так как

,
,

получим:

.

При малых отклонениях синус этого угла можно заменить аргументом, а величину знаменателя положить равной . Учитывая это, имеем:

.

Тогда на основании (1.3)

,

откуда

.

(1.4)

По формуле (1.4) могут быть определены момент инерции самой платформы и тела, положенного на нее.

В ращательный импульс, необходимый для начала крутильных колебаний, сообщается платформе путем поворота рычага специального пускового устройства, связанного с верхним диском. Этим почти полностью устраняются другие, некрутильные колебания, наличие которых затрудняет измерения.