Порядок виконання роботи.

1. Визначити масу маятника і масу кулі m₀ . Результати вимірювань занести до таблиці.

2. Визначити період коливання маятника Т :

, ,

, .

де t - час коливань, n – 10, 20, 30 - кількість коливань.

3. Зробити постріл із відстані 25-30 см від центра тяжіння маятника і виміряти

амплітуду x₀.

4. Розрахувати швидкість кулі:

Таблиця 1.

№	m0, кг	m1, кг	с		с	с	м	м/с
1.
2.
3.

Висновки:

Контрольні запитання

1. Дати означення поняття імпульсу.

2. Сформулювати закон збереження імпульсу та енергії.

3. Дати означення поняття пружного і непружного удару.

Допуск до виконання роботи отримано ________________________________

(Дата та підпис викладача)

Роботу захищено ________________________________

(Дата та підпис викладача)

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ МАХОВОГО КОЛЕСА

І СИЛ ТЕРТЯ У ПІДШИПНИКАХ

Мета: вивчити програмний матеріал по темі «Закони обертального руху». Засвоїти питання: кутова швидкість, кутове прискорення, тангенціальне і нормальне прискорення, момент інерції. Експериментально визначити момент інерції і силу тертя у підшипниках.

Прилади і матеріали: експериментальна установка, масштабна міліметрова лінійка, технічні терези, секундомір, брусок.

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.

Найпростішими видами руху твердого тіла є поступальний та обертальний рухи. Поступальним називається такий рух, при якому пряма, що проходить через дві точки тіла, весь час залишається паралельною сама собі (рис. 1).

Рис 1.

При поступальному русі всі точки тіла рухаються однаково, маючи в кожний даний момент часу однакові швидкість і прискорення. Тому поступальний рух тіла може бути замінений рухом однієї його точки. Поступальний рух тіла характеризують такі поняття, як "швидкість тіла", "прискорення тіла", "траєкторія руху тіла". В більшості динамічних задач при поступальному русі тіло можна вважати матеріальною точкою. Мірою інертності тіла при поступальному русі є його маса т.

Обертальним називається такий рух твердого тіла, при якому траєкторії усіх точок тіла являють собою кола, центри яких розміщено на одній прямій, що називається віссю обертання. При обертальному русі різні точки тіла в один і той же момент часу мають різні вектори швидкості та прискорення. Тому поняття "швидкість тіла", "прискорення тіла" для обертального руху не мають змісту.

Загальними для всіх точок тіла при обертальному русі є кутове переміщення , кутова швидкість , кутове прискорення які використовуються для характеристики обертального руху твердого тіла. Мірою інертності тіла при обертальному русі є не маса, а момент інерції тіла J відносно осі обертання. Одиницею вимірювання моменту інерції тіла J в СІ є кілограм на метр квадратний .

М омент інерції тіла залежить від його маси, розмірів, форми та розподілу маси по об'єму тіла, а також від розміщення вісі обертання відносно тіла. Для розрахунку обертального руху тіла під дією відомих сил необхідно знати його момент інерції відносно даної осі. Момент інерції для кожного окремого випадку може бути обчислений теоретично або знайдений експериментально.

Момент інерції махового колеса визначають на установці, яка складається з махового колеса зі шківом 1, насадженого на вал 2, лінійки і тягарця 3. Вал закріплено у двох підшипниках С1, та С2. На шків намотується нитка. До її кінця прикріплюють тягарець масою т. Під дією тягарця шків разом із валом і маховим колесом рівноприскорено обертається. На характер обертального руху впливають значення моменту інерції махового колеса, моменту інерції шківа, моменту інерції вала та сили тертя у підшипниках. Вал і шків обирають такими, щоб вони мінімально впливали на характер обертального руху і не вносили в нього істотних змін. Під час падіння тягарця Р його потенціальна енергія ( де Н— висота падіння тягарця), перетворюється у кінетичну енергію поступального руху тягарця, кінетичну енергію обертального руху махового колеса і витрачається на виконання роботи з подолання сил тертя. Кінетична енергія поступального руху тягарця визначається за формулою:

Кінетична енергія обертального руху махового колеса визначається за формулою:

Робота проти сил тертя дорівнює: , де А — робота, виконана за один оберт; — кількість обертів маховика. Отже,

. (1)

У момент, коли тягарець повністю опустився, колесо за інерцією продовжує крутитися, нитка намотується на вал і піднімається догори. Колесо робить обертів до повної зупинки. За обертів виконується робота проти сил тертя, яка дорівнює А . Вона виконується за рахунок кінетичної енергії обертального руху колеса, яку воно мало в момент падіння тягарця:

, (2)

де - кутова швидкість колеса в момент падіння тягарця.

Робота проти сил тертя у підшипниках за один оберт визначається з рівняння (2):

. (3)

Підставивши формулу (3) у (1), матимемо

. (4)

Визначимо і через висоту падіння тягарця Н і час його падіння t;

де r — радіус шківа. Тоді момент інерції махового колеса:

. (5)

Якщо нитку одним кінцем прикріплено до вала махового колеса, то за законом збереження і перетворення енергії маємо:

(6)

де — робота подолання сил тертя; — сила тертя. Силу тертя визначимо, виходячи з таких міркувань. Обертаючись за інерцією, махове колесо піднімає тягарець на висоту . Система матиме потенціальну енергію . Різниця потенціальних енергій дорівнюватиме роботі подолання сил тертя звідки:

. (7)

Підставивши вирази для в формулу (5), отримаємо формулу для визначення моменту інерції махового колеса для цього випадку:

. (8)