8.2 Експериментальні дослідження

8.2.1 Опис експериментальної установки

Експериментальна установка (рис. 8.2) зібрана на основі (1). До колонки (2) прикріплені нерухомий верхній кронштейн (3) та рухомий нижній кронштейн (4). На верхньому знаходяться електромагніт (5), фотоелектричний датчик (6) і вороток (7) для закріплення та регулювання довжини біфілярної підвіски маятника.

Рисунок 8.2- Лабораторна установка.

Нижній кронштейн разом із фотоелектричним датчиком (8) можна пересувати вздовж колонки та фіксувати в довільно вибраному положенні.

Маятник приладу (9) це диск, закріплений на осі і підвішений за біфілярним способом. На диск маятника накладаються змінні кільця (10), які таким чином змінюють момент інерції системи.

Маятник із насадженим кільцем утримується у верхньому положенні електромагнітом. Довжина маятника визначається по міліметровій лекалі на колонці приладу.

Для полегшення вимірювання довжини маятника нижній кронштейн оснащено вказівником, розташованим на висоті оптичної осі нижнього фотоелектричного датчика.

Пульт керування приладом 11, оснащений мілісекундоміром, встановлений на основі приладу 1.

Параметри маятника:

максимальна довжина 0,41 м,

кількість змінних кілець 3 шт;

маси змінних кілець (вказані безпосередньо на кільцях).

Розміри маятника:

радіус r - 0,5 см;

зовнішній радіус ролика r_p - 4,3 см;

зовнішній радіус кілець r_k - 5,25 см.

8.2.2 Порядок виконання роботи

1. Включити шнур живлення приладу в мережу і натиснути клавішу «Мережа».

2. Перевірити роботу індикатора і лампочок фотоелектричних датчиків: індикатор електричного секундоміра повинен висвічувати «0» у всіх розрядах, а лампочки фотоелектричних датчиків - світитися.

3. Натиснути клавішу « Пуск ». При цьому відключається електромагніт 5 (рис. 8.2).

4. Намотати на вісь маятника нитку підвіски і зафіксувати маятник у верхньому положенні за допомоги електромагніта. Зверніть увагу на те, щоб нитка в цьому положенні не була дуже натягнутою.

5. Натиснути клавішу «Пуск». При цьому відключається електромагніт 5 (рис. 8.2) і вмикається мілісекундомір. Після проходження маятником нижнього 37ото датчика мілісекундомір автоматично відключається, фіксуючи час руху маятника між верхнім та нижнім кронштейнами.

6 Забезпечити маятник одним із кілець, що додаються до приладу.

7 Виміряти час падіння маятника t з закріпленим на ньому кільцем . Вимірювання повторити п’ять разів, результати занести в таблицю.

8 Визначити середній час падіння маятника по шкалі на вертикальній колонці приладу.

9 Визначити висоту падіння маятника, забезпеченого кільцем.

10 Виміряти масу диску –m_д.

11 Виміряти радіус диску – r_д.

12 Виміряти радіус осі маятника –r.

8 3 Обробка результатів вимірювань

1 Визначити середні значення прямих вимірювань t, r, r_д, m_д, h.

2 Обчислити похибки прямих вимірювань Δt, Δr, Δr_д, Δm_д, Δh.

3 Обчислити середнє значення моменту інерції диска.

4 Обчислити похибку вимірювання моменту інерції диска.

5 Розрахувати теоретичні значення моментів інерції осі маятника:

І_осі =т₀·r²/2 (8.10)

де r - радіус осі маятника;

диска:

І_д=т_д(r_д²-r²)/2, (8.11)

де r_д - зовнішній радіус диску;

кільця:

І_к=т_k(r_k²-r_p²)/2 . (8.12)

де r_k - зовнішній радіус кільця;

6 Визначити теоретичне значення моменту інерції системи оснащеної кільцем:

I = I_осі+І_д + I_k. (8.13)