2. Лабораторная работа 2м.

ИЗУЧЕНИЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ И ПРОВЕРКА ОСНОВНОГО ЗАКОНА ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ НА МОДЕЛИ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА

В лабораторной работе на основе опытных данных определяются кинематические, динамические и энергетические характеристики тел при поступательном и вращательном движении и проверяются основной закон динамики вращательного движения тел и теорема Штейнера.

2.1. Описание установки

В лабораторной работе поступательное и вращательное движение тел изучается на установке, основной частью которой является модель маятника Обербека – крестообразный маятник. Схема установки приведена на рис. 2.1.

Рис. 2.1

Вращающейся частью установки (рис. 1,а) являются четыре одинаковых стержня 1, укрепленных на цилиндрическом диске 2 под прямым углом друг к другу (крестовина), и два шкива 3 и 4 различного диаметра , жестко соединенные с диском 2.

На стержнях находятся цилиндрические грузы 5 массой , которые можно перемещать по стержням и с помощью винтов на них закреплять на выбранных расстоянияхна стержнях.

Диск крестовины и шкивы насажены на общий стержень, закрепленный в подшипниках так, что вся эта система – маятник Обербека – может вращаться вокруг вертикальной оси , перпендикулярной горизонтальной плоскости крестовины и проходящей через ось диска.

11

К шкивам прикрепляется нить 6. Нить перекидывается через блок 7, к свисающему свободному концу нити подвешивается груз 8 массой .

Если, вращая маятник руками, намотать нить на шкив и поднять груз 8 на некоторую высоту и отпустить маятник, то груз, опускаясь (падая), приводит всю систему в движение. При этом груз совершает поступательное движение, а маятник – вращательное.

В установке предусмотрена возможность фиксации груза на выбранной высоте с помощью электромагнита 9, расположенного в верхней части установки. Высота падения грузаизмеряется по линейке 10, установленной в верхней части установки, на которой указано расстояние груза от столика установки 11.

Для измерения времени падения груза используется цифровой секундомер. При нажатии кнопки секундомера «пуск» электромагнит автоматически отключается, и груз начинает опускаться, а секундомер начинает считать время. В место падения груза на столик 11 вмонтирован датчик 12, выключающий секундомер при ударе груза об это место столика установки.

Подвешивая грузы с разной массой и к разным шкивам, можно изменить момент сил, действующих на маятник, а передвигая цилиндрические грузы на стержнях, можно изменять момент инерции маятника.

Таким образом, установка позволяет измерить высоту падения (опускания) груза и время падения, на основе которых при заданных значениях массы грузаи диаметра шкиваможно определить кинематические, динамические и энергетические характеристики поступательного движения груза и вращательного движения маятника, принимая их равноускоренными.

Установка позволяет также проверить основной закон динамики вращательного движения

(2.1)

т.е. прямо-пропорциональную зависимость углового ускорения маятника от момента сил , действующих на тело:

(2.2)

при постоянном моменте инерции тела , и обратно-пропорциональную зависимость углового ускоренияот момента инерциитела:

(2.3)

при постоянном моменте действующих сил .