Лабораторная работа 1 Определение момента инерции тела

1. Литература:

1. Трофимова Т.И. Курс физики – М: Издательский центр «Академия», 2005 г. – 560 с. Гл. 1-4

2. Дмитриева В.Ф. Физика: Учеб. пособие – М.: Высшая школа, 2001. – 415 с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебник для студентов вузов.- Высшая школа, 1985, § 177, 178, 181.

4. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики для втузов. – М.: «Оникс 21 век», 2005. – 385 с.

5. Трофимова Т.И. Сборник задач по курсу физики с решениями: Учеб. пособие для вузов. – М.: Высшая школа, 2006. – 591 с.

2. Цель работы: Опытное определение момента инерции относительно оси симметрии.

3. Оборудование:

1. Маховик со шкивом. 2. Масштабная линейка, 3. Штангенциркуль. 4. Грузы. 5. Секундомер

4. Основные теоретические сведения

Вращательным движением твердого тела называется такое движение, при котором траектории всех точек тела являются концентрическими окружностями с центром на прямой, называемой осью вращения.

Если к телу, которое может вращаться около неподвижной оси, приложен вращающий момент (момент силы), то под его действием тело изменит свою угловую скорость , приобретет угловое ускорение

Дифференциальное уравнение вращательного движения имеет вид

(1)

где J – момент инерции тела.

Момент инерции тела относительно оси вращения равен сумме моментов инерции материальных точек тела относительно этой же оси

(2)

Момент инерции является физической величиной, характеризующей инертность тела при вращательном движении.

Если к телу приложен постоянный вращающий момент, то вращение будет равноускоренным с угловым ускорением : закон такого движения имеет вид

(3)

Кинетическая энергия вращательного движения

(4)

5. Описание лабораторной установки

М аховик представляет массивный диск А, плотно насаженный на вал, который может легко вращаться около горизонтальной оси , проходящей через центр тяжести маховика. На свободный конец нити крепится груз Q массой m (кг), который приводит всю систему в равноускоренное движение. На маховик D действует вращающий момент , равный произведению силы на плечо

(5)

где D – диаметр шкива (м); F- сила, приложенная к нити. При движении груза Q вниз на него действуют 2 силы: сила тяжести и сила натяжения нити

Согласно II закону Ньютона , отсюда сила натяжения , а вращающий момент согласно (5)

(6)

Момент инерции маховика на основании (1) будет равен , подставив сюда (6), получим

(7)

Угловое ускорение выразим через линейное ускорение следующим образом: из следует , подставим в (7)

(8)

Измеряя секундомером время опускания груза с некоторой высоты h, по закону равноускоренного движения определим выражение линейного ускорения .

, , подставим в (8) и получим расчетную формулу для определения момента инерции маховика (без учета трения)

	(9)