Описание установки

Общий вид установки представлен на рис.2. В основании 1 закреплена колонка с электронным секундомером 2, к которой прикреплен неподвижно верхний кронштейн 9 и подвижный нижний кронштейн 7. На верхнем кронштейне находится электромагнит 10 и фотоэлектрический датчик 11, а на нижнем кронштейне – фотоэлектронный датчик 3.

Маятник представляет собой диск 5, закрепленный на оси 6, подвешенной на двух нитях 4 (бифилярный подвес). На диск можно насаживать сменные кольца 12, изменяя, таким образом, момент инерции системы.

Маятник удерживается в верхнем положении электромагнитом 10. Фотоэлектрические датчики 3 и 11 соединены с электронным секундомером 2. Верхний электронный датчик фиксирует момент начала движения маятника, а нижний - окончания движения (опускания) маятника.

Порядок выполнения работы

1. Надеть на диск маятника одно из колец.

2. Включить установку нажатием кнопки «сеть».

3. Установить ось маятника в горизонтальное положение.

4. Опустить нижний конец маятника примерно на 2 мм ниже оптической оси фотоэлектрического датчика. (Регулировка положения маятника осуществляется изменением длины нити или перемещением нижнего кронштейна на нужную высоту.)

5. Включить электромагнит (кнопка «Пуск» должна находиться в отжатом положении).

6. Намотать равномерно нить подвески на ось маятника до фиксации маятника электромагнитом в верхнем положении.

7. Измерить время падения маятника по электронному секундомеру, нажав кнопку «Сброс», а затем «Пуск».

8. Повторить пп.1-7 еще десять раз.

9. Определить по шкале на вертикальной колонке прибора длину маятника h.

10. Провести измерения времени с другими кольцами (по указанию преподавателя).

11. Результаты измерений занести в таблицу.

Обработка результатов измерений

1. Определить среднее значение времени падения маятника, используя значения времени измеренные по прибору.

2. Вычислить общую массу маятника по формуле: (значения величин m₀, m_д, m_к указаны на установке).

3. Вычислить теоретическое значение момента инерции маятника J_т по формуле (2).

4. Вычислить экспериментальное значение момента инерции маятника J_э по формуле (8).

5. Вычислить среднюю квадратичную погрешность для полученного экспериментально значения момента инерции.

6. Записать окончательный результат в форме .

7. Сравнить экспериментальное значение момента инерции маятника J_э с теоретическим значением J_т.

Контрольные вопросы

1. Что характеризует момент инерции тела?

2. От чего зависит величина момента инерции твердого тела?

3. По какой формуле определяется момент инерции дискретного твёрдого тела?

4. По какой формуле определяется момент инерции сплошного твёрдого тела?

5. Какой принцип действия маятника Максвелла?

6. Какие законы и соотношения использованы при выводе расчётной формулы для вычисления момента инерции маятника Максвелла.

7. Какие силы вызывают поступательное движение маятника?

8. В чём причина вращательного движения маятника?

9. По какой формуле определяется экспериментальное значение момента инерции маятника J_э?

10. По какой формуле определяется теоретическое значение момента инерции маятника J_т?

11. Как вычислить момент инерции оси маятника, момент инерции диска, момент инерции кольца, надетого на диск?