3. Описание установки

Установка выполнена в виде вертикальной стойки с кронштейном 2 наверху, к которому крепятся нити для подвешивания маятника и электромагнит 11, удерживающий маятник в верхнем положении (рис.3).

При включении электромагнита одновременно с началом падения маятника автоматически включается миллисекундомер 10. При достижении маятником крайнего нижнего положения срабатывает фотоэлектронный датчик 9, включающий миллисекундомер. Фотодатчик выполнен в виде отдельного узла и крепится на стойке с помощью нижнего кронштейна 3. Кронштейн 3 обеспечивает возможность перемещения фотодатчика 9 в вертикальной плоскости и его фиксацию. На стойке установлена миллиметровая планка 12 для отсчета расстояния, проходимого маятником при спуске. Длину нитей бифилярного подвеса 5 можно менять, наматывая или разматывая нить на устройство 4.

Рис.3. Общий вид установки.

1 - основание, 2 - верхний кронштейн, 3 - нижний кронштейн, 4 - устройство для крепления бифилярного подвеса, 5 – бифилярный подвес, 6 - диск, 7 - ось диска, 8 - сменные кольца, 9 - фотодатчик, 10 - миллисекундомер, 11 - электромагнит, 12 - миллиметровая планка

4. Приборы и принадлежности

Установка, включающая в себя маятник Максвелла и электронный миллисекундомер.

5. Выполнение работы

ЗАДАНИЕ 1. Определение ускорения движения маятника.

1) Наденьте на диск сменное кольцо большей массы, записав массу кольца в Табл. 1. Проследите, чтобы кольцо было надето на диск до упора.

2) Накручивая аккуратно виток к витку нить на стержень маятника, поднимите его на высоту Н и закрепите в этом положении с помощью электромагнита. Электромагнит включается нажатием кнопки "Сеть" на панели установки. По шкале измерьте высоту cпуска маятника Н от крайнего верхнего положения до высоты срабатывания фотодатчика.

3) Нажмите на кнопку "Сброс" , выставив нули на шкале миллисекундомера. Отключите электромагнит нажатием кнопки "Пуск" на передней панели миллисекундомера и определите по шкале время спуска маятника t. Повторите измерения времени 5 раз при одной и той же высоте Н. Запишите значения H и t в Табл. 2.

Bнимание! Следите за тем, чтобы маятник при спуске не ударял по фотодатчику. Для этого необходимо закрепить маятник с помощью электромагнита строго вертикально, без перекоса.

4) Проделайте операции 2) и 3) для шести разных значений высоты Н, устанавливая фотодатчик на разных расстояниях по миллиметровой планке с помощью нижнего кронштейна. Изменять длину нити бифилярного подвеса можно, наматывая или разматывая ее на устройстве 4 и подкручивая винт на нем для установления одинаковой длины нитей. При одинаковой длине нитей стержень принимает строго горизонтальное положение.

5) Проделайте операции 1) - 4) с каждым из сменных колец. Табл. 2 заполняйте для каждого сменного кольца отдельно. Проделав все измерения, выключите установку, нажав кнопку "Сеть".

6) Постройте на миллиметровой бумаге график зависимости для каждого сменного кольца (рис. 4). За начало отсчета возьмите t = 1c; = 4см^1/2. Рекомендуемый масштаб: 10 мм = 0,2 с и 10 мм = 0,2 см^1/2.

7) По наклону прямой определите ускорение маятника с каждым сменным кольцом. Так как и , то ускорение определяется по графику:

(8)

где . Занесите значения в Табл. 3.

ЗАДАНИЕ 2. Определение момента инерции маятника.

Для выполнения этого задания используются измерения, выполненные в Задании 1.

1) В соответствии с формулой (8) определите ускорение маятника с каждым сменным кольцом. По формуле

определите момент инерции маятника с каждым сменным кольцом. Занесите полученные значения в Табл. 3.

2) Сравните значения , полученные экспериментальным путем, со значениями , найденными по формуле:

, (9)

где

(10)

,

а - средний радиус кольца. Значения масс и радиусов даны в Табл. 1. Запишите в Табл. 3 моменты инерции указанных выше тел, рассчитав их, используя соотношения (10).

3) Оцените погрешности измерения:

абсолютная погрешность:

,

относительная погрешность:

Таблица 1.

тело параметры	Стержень	Диск	Сменное кольцо	Сменное кольцо	Сменное кольцо
m(г)	19,55	115,9	419	315	210
R(см)	0,50	4,5	5	5	5
J(г см2)

Рис.4. Графики зависимости

Таблица 2.

масса кольца	H t
	t1 1
	t2 2
	t3 3
	t4 4
	t5 5
	Ср

(составляется для каждого сменного кольца)

Таблица 3.

№ п/п	m (г) кольца	g (см/с2)	Jопыт.(гсм2)	Jрасч.(гсм2)	J	 (%)
1	419	980
2	315	980
3	210	980