5. Выполнение работы

1. Задание 1. Проверка пропорциональной зависимости между угловым ускорением и моментом силы натяжения нити при постоянном значении момента инерции маятника. Определение момента инерции маятника Обербека.

Перед началом работы убедитесь, что миллисекундомер заземлен.

1. Подключите установку к сети с напряжением 220 В, нажмите кнопку “Сеть” на панели миллисекундомера 8 (рис. 2).

2. Закрепите подвижные грузы 2 (m_к = 200г) на крестовине маятника на одинаковом расстоянии от оси вращения

(r = 140…200 мм). При этом необходимо учесть, что

r = d + 20, где d – расстояние в миллиметрах от основания крепления стержня до центра масс груза.

Маятник должен находиться в состоянии безразличного равновесия. Для проверки следует несколько раз привести его во вращение при нажатой кнопке “Пуск” и дать возможность остановиться. Если маятник останавливается в различных, заметно отличающихся друг от друга положениях, то он сбалансирован.

3. Закрепите нить на шкиве 4 так, чтобы она при движении груза не проскальзывала. Радиус шкива выбирается по указанию преподавателя (R₁ = 21 мм, R₂ = 42 мм).

4. Закрепите верхний фотоэлектрический датчик на отметке 40 - 45 см. Определите высоту опускания основного груза h по миллиметровой линейке 9 как расстояние между верхним и нижним фотоэлементами. Запишите ее в таблицу 1.

5. Положите на платформу основного груза 5 разновес. Запишите в таблицу 1 массу груза, учитывая, что она равна сумме массы разновеса и платформы (m _{платформы} = 58,5 г).

6. Нажмите кнопку «Пуск» и, вращая крестовину против часовой стрелки и наматывая при этом нить на шкив, переведите основной груз в исходное положение, находящееся над верхним фотоэлементом.

7. Отожмите кнопку «Пуск». При этом система удерживается фрикционным механизмом в неподвижном состоянии.

8. Нажмите кнопку «Сброс». На цифровом индикаторе миллисекундомера должны появиться нули.

9. Нажмите кнопку «Пуск». Груз начнет опускаться. При пересечении им оптической оси нижнего фотодатчика 10 миллисекундомер фиксирует время t падения груза на заданную высоту. Снимите показания миллисекундомера и занесите в таблицу 1.

Во избежании поломки фрикционного механизма запрещается останавливать маятник руками.

10. Нажмите кнопку «Сброс» (при этом появятся нули на цифровом индикаторе миллисекундомера) и, не отжимая кнопку «Пуск», поднимите груз в верхнее исходное положение и зафиксируйте его там, отжав кнопку «Пуск».

11. Проделайте измерения по п.п. 9) – 10) не менее пяти раз при фиксированном значении массы и высоты опускания основного груза.

12. Вычислите среднее значение времени опускания .

13. Рассчитайте момент силы натяжения нити М_н и угловое ускорение маятника , подставляя значения m, h, R, в формулы (7).

14. Повторите п.п. 5) – 13) для двух других значений масс основного груза в соответствии с набором разновесов.

15. Данные занесите в таблицу 1.

Таблица 1.

R = r = I =
№	m (г)	h (см)	t (с)	(с)	Мн(Н.м)	(1/с2)
1
2
3

16. Расчитайте момент инерции маятника согласно формуле (10), учитывая, что I₀ = 4·10^-2 кг·м².

17. Вычислите значения , , используя попарно значения таблицы 1. Убедитесь в верности равенства (8). Данные запишите в таблицу. 2.

Таблица 2.

№	M1	M2
1
2
3

2. Задание 2. Проверка обратно пропорциональной зависимости между угловым ускорением и моментом инерции системы при постоянном значении момента силы натяжения нити.

1. Используя данные таблицы 1, убедитесь, что a << g.

2. Закрепите нить на шкиве 4 указанного преподавателем радиуса.Установите высоту опускания груза в пределах

30 –45 см.

3. Положите на платформу основного груза 1-2 разновеса

(m = m_{разновесов} + m_{платформы}).

4. Рассчитайте момент силы натяжения нити М_н по формуле М_н ≈ mgR (это верно при a << g). Данные занесите в

таблицу 3.

5. Повторите измерения и расчеты по п.п. 6) – 12) задания 1 при трех различных положениях подвижных грузов m_к на крестовине. При этом, меняя расстояние от грузов до оси вращения, помните, что это расстояние должно быть одинаковым для всех четырех подвижных грузов в данном опыте, чтобы маятник находился в состоянии безразличного равновесия.

6. Рассчитайте в каждом случае угловое ускорение маятника , подставляя значения h, R, в (7), и его момент инерции по формуле (10), учитывая, что

I₀ = 4·10^-2 кг·м² . Результаты занесите в таблицу 3.

Таблица 3.

R = m = h = Mн =
№	r (см)	t (с)	(с)	(1/с2)	I (кг.м2)
1
2
3

7. Определите значения , , используя попарно значения таблицы 3. Убедитесь в верности равенства (9). Результаты расчетов занесите в таблицу 4.

Таблица 4.

№	I1	I2
1
2
3

Примечание: если не исправен миллисекундомер, или установка не оборудована фотоэлектрическими датчиками, все измерения проводятся аналогично описанному выше, а время опускания груза отсчитывается по обычным часам, имеющим секундную стрелку.