Министерство образования и науки Украины

Таврический Национальный университет имени В.И.Вернадского

физический факультет

кафедра экспериментальной физики

Лабораторные работы по курсу общей физики Механика

Часть III

Методические указания по изучению учебной дисциплины «Механика»

для студентов 1 курса, дневной формы обучения

6.070101, 7.070107 «Физика»,

6.070203, 7.070203 «Прикладная физика»

образовательно-квалификационных уровней

«бакалавр», «специалист»

Симферополь, 2001

Печатается по решению научно-методического совета

Таврического Национального университета имени В.И.Вернадского

№ 2 от 15.05.2001 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………...…	4
Лабораторная работа №1 Маятник Максвелла ..………………………………………………………	6
Лабораторная работа №2 Вынужденная прецессия гироскопа ………...………………………….…	10
Лабораторная работа №3 Крутильный баллистический маятник ……………………………………	15
Лабораторная работа №4 Определение коэффициента трения качения ………………………...…..	20
Лабораторная работа №5 Изучение несвободных колебаний ………………………………………..	25
Лабораторная работа №6 Определение модуля Юнга методом Лермантова …………………….....	32

Введение

Настоящие «Методические указания» относятся к лабораторным работам физического практикума по механике, в которых проверяются основные законы и уравнения, описывающие вращательное, поступательно-вращательное движение твердых тел, а также колебательное движение.

Динамика твердого тела

Движение твердого тела относительно инерциальной системы отсчета описывается двумя дифференциальными уравнениями:

уравнение движения центра масс тела

, (1)

где - масса тела, - скорость поступательного движения центра масс, - внешние силы, действующие на тело;

уравнение моментов, описывающее вращательное движение

, (2)

где - момент импульса тела, - момент внешних сил, действующих на тело, относительно оси вращения.

В частном случае плоского движения, при котором все точки твердого тела движутся параллельно некоторой плоскости , уравнения (1) и (2) можно записать в виде

; (3)

, (4)

где - момент инерции тела относительно оси, параллельной оси , и - соответственно угловая скорость тела и момент внешних сил относительно этой оси.

В случае, когда тело имеет неподвижную ось вращения, для описания его движения достаточно уравнения (4).

Если и - две параллельные оси, отстоящие друг от друга на расстояние , причем ось проходит через центр масс тела, то моменты инерции относительно этих осей связаны соотношением

.

Полная кинетическая энергия вращательного движения твердого тела, ось которого движется поступательно со скоростью , равна

.

Гармонические колебания

Зависимость гармонически колеблющейся величины от времени

,

где - начальная фаза колебаний.

Период колебаний физического маятника

.

Уравнение гармонических колебаний

.

Потенциальная энергия гармонически колеблющейся материальной точки

,

где коэффициент .

Зависимость силы , действующей на гармонически колеблющееся тело от смещения

.

Период крутильных колебаний

.