IV.Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение коэффициента упругости проволоки.
1. Установить в рамке один из параллелепипедов (по рекомендации преподавателя) по оси, перпендикулярной основанию.
2. Поворачивая рамку прибора, приблизить ее флажок к электромагниту таким образом, чтобы электромагнитная сила фиксировала положение рамки.
3. Нажать кнопку "Пуск".
4. Определить время t для n=10 полных колебаний (клавишу "Стоп" нажать после появления цифры "9" на указателе числа колебаний).
5. Нажать клавишу "Сброс".
6. Повторить п.4 пять раз.
Задание 2. Определение моментов инерции тел.
1. Закрепить исследуемое тело в рамке прибора и определить время крутильных колебаний согласно п.п. 2-6 задания 1.
2. Провести аналогичные измерения для всех заданных преподавателем тел и осей вращения.
V.Таблицы результатов измерений Задание 1.
1. Параметры исследуемого тела:
Длина: a = ; ∆a =
Ширина: b = ; ∆b =
Масса: m = ; ∆m =
2. Число колебаний: n = ….
3. Измерение времени колебаний:
№ опыта |
t1 |
Δt1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Среднее значение |
|
|
(∆t1 )приб = 5·10-4с.
Расчет: (∆t1 )сл = .
Задание 2.
1. Параметры исследуемых тел:
Исследуемое тело:
Масса: m = _______________, Δm = __________________.
Длина: а = _______________, Δа = ___________________.
Ширина: b = _______________, Δb = ___________________.
Высота: h = _______________, Δh = ___________________.
2. Число колебаний: n = .
3. Измерение времени колебаний:
№ опыта |
Исследуемое тело и ось вращения (эскиз) |
t2 |
∆ t2 |
J |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
|
|
|
||
Средние значения |
|
|
||
(∆t2 )приб = 5·10-4 c, (∆t2 )сл = .
VI.Обработка результатов измерений
1. По формуле (5) рассчитать периоды Т колебаний в обоих упражнениях.
2. На основе соотношения (6) рассчитать величину момента инерции J исследуемого тела в первом упражнении.
3. Определить коэффициент упругости k проволоки, используя формулу (4), и оценить погрешность ∆k. Для оценки относительной погрешности Δk/k использовать формулу:
.
Записать результат расчетов в виде: k= ...±... .
5. На основе соотношения (7) рассчитать моменты инерции J для рассматриваемых тел и осей вращения.
6. Определить относительную погрешность момента инерции по формуле:
.
Определить абсолютную погрешность ΔJ. Записать окончательный результат в виде:
J = Jрасч. ±ΔJ.
7. Сделать вывод о зависимости момента инерции J тела от оси вращения.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте закон сохранения энергии механического движения. При каких условиях, для каких систем тел энергия механического движения не меняется со временем?
2. Чему равно изменение механической энергии системы тел в общем случае?
3. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.
4. Дайте определение момента силы относительно точки и оси вращения.
5. Что такое момент инерции? Дать математическое определение, выяснить, от чего он зависит и каков его физический смысл.
6. Какие колебания называются гармоническими, крутильными?
7. От чего зависит период упругих крутильных колебаний?
8. Каков физический смысл коэффициента упругости проволоки?
9. Какие превращения энергии происходят во время упругих крутильных колебаний?
6. Как можно определить потенциальную энергию закрученной проволоки? Максимальную кинетическую энергию тела, совершающего крутильные колебания?
№ 1.6, 1.6а «ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ»
I. Цель работы: проверка опытным путем основного закона динамики вращательного движения с помощью маятника Обербека и определение момента инерции системы.
I
Рисунок 13 – Маятник Обербека (общий вид).
I. Описание установки. Установка представлена на рис.13 и включает в свой состав: основание 1, вертикальную стойку 2, верхний кронштейн 3, средний кронштейн 4, кронштейн 5 для установки фотодатчика, фотодатчик 6. Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 7 и зажимом 8 для фиксации стойки. Вертикальная стойка 2 выполнена из металлической трубы, на которую нанесена миллиметровая шкала, и имеет визир 19. На верхнем кронштейне 3 размещается узел подшипников 9 с малоинерционным шкивом 10 изменения направления движения капроновой нити 11, на которой подвешен наборный груз 12. На среднем кронштейне 4 размещены: узел подшипников 13, на оси которого с одной стороны закреплен двухступенчатый шкив 14, на котором имеется приспособление для закрепления капроновой нити 11, а с другой стороны находится крестовина, представляющая собой четыре металлических стержня 15, закрепленных в ступице 16 под прямым углом друг к другу; электромагнитный тормоз 17. На металлических стержнях 15 через каждые 10 мм нанесены риски. Грузы 18 закреплены на металлических стержнях 15 и могут свободно перемещаться и фиксироваться на каждом стержне, что дает возможность ступенчатого изменения моментов инерции крестовины. Электромагнитный тормоз 17 предназначен для фиксации подвижной системы в начале эксперимента, выдачи электрического сигнала начала отсчета времени и торможения подвижной системы после завершения отсчета времени. Кронштейн 5 имеет зажим для крепления на вертикальной стойке 2 и элементы фиксации фотодатчика. Отсчет времени и управление электромагнитным тормозом осуществляются блоком электронным (на рис.13 не показан).