3. Описание установки

Основная часть установки – рама с двигателем (рис. 2). Угловая скорость вращения рамы ₂ определяется с помощью фотоэлектрического датчика и измеряется частотой импульсов света, поступающих от источника через прорези диска 5, вращающегося совместно с рамой по формуле:

₂ = 2π (f/N) при

₂^*= 2π (f*/N) при (16)

где f – частота, измеренная частотометром, N = 24 – число прорезей диска.

Угол α может иметь фиксированные значения 0˚, 15˚, 30˚, 45˚, 60˚, 75˚, 90˚. Освобождение рамы производится кольцом 6 при повороте его от себя до упора. При этом нужно нажать на фиксатор 7, расположенный на кольце. Тумблер выключения двигателя находится на станине 4.

4. Порядок выполнения работы

1. Подготовить частотомер к работе:

а) поставить тумблер включения сети в положение "СЕТЬ". При этом должна загореться сигнальная лампа;

б) тумблер "10кНz изм" установите в положение "ИЗМ";

в) выключатель "кНz" установите в положение 0,1 или 0,2. При этом последняя цифра шкалы "100" означает частоту 100 Гц или 200 Гц соответственно. После десятиминутного прогревания прибор готов к проведению измерения.

2. Включите лампу накаливания в сеть. Оптическая система фокусирует свет на фотодиод.

3. Закрепите на станине раму с двигателем в горизонтальном положении, чтобы α = 0. Для этого поверните кольцо на оси рамы до срабатывания предохранителя.

4. Установите с помощью автотрансформатора указанное преподавателем напряжение питания двигателя и включите тумблер "ВКЛ", расположенный на станине. Установившийся режим вращения двигателя наступает примерно через 20 или 30 секунд.

5. Освободите раму. Для этого, нажав на кнопку фиксатора, поверните кольцо по часовой стрелке до упора.

6. Произведите замер частоты следования импульсов в цепи фотодиода с помощью частотомера. Измерение повторите три раза.

7. Установите двигатель под углом к оси рамы.

8. Произведите измерение частоты вращения рамы (п. 4-6).

9. Опыт повторите не менее трех раз.

10. Для каждого угла α = 0˚ , 15˚, 30˚, 45˚, 60˚, 75˚, 90˚ С. вычислите среднее значение частоты f и рассчитайте угловую скорость рамы ω₂ для α = 0˚ и для α = 15˚...90˚.

11. По (11) найдите угловую скорость вращения ротора электродвигателя.

12. По (15) найдите моменты инерции рамы с двигателем для α = 15˚..90˚.

13. Результаты занесите в таблицу, составленную по собственному усмотрению. При расчетах используйте паспортные значения моментов инерции:

момент инерции ротора двигателя I₁ = 0,276 кгм²,

момент инерции рамы с двигателем при α = 0˚, I₂ = 2,94 кг м².

5. Контрольные вопросы

1. Что называется моментом силы и моментом импульса тела относительно оси?

2. Какая физическая величина служит основной динамической характеристикой вращающегося тела?

3. Отчего зависит момент инерции тела? Какую роль он играет во вращательном движении?

4. Сформулируйте и запишите основное уравнение механики вращательного движения.

5. Сформулируйте и запишите закон сохранения момента импульса. Укажите условия его выполнения.