физика, механіка, 1 семестр / МОДУЛЬ 4

№ УЭ

Учебный материал с указанием заданий

Рекомендации по освоению учебного материала

0

0.1

0.2

0.3

цель

Знать: определения момента инерции материальной точки и твердого тела, момента силы относительно точки и относительно оси, момента импульса; основной закон динамики вращательного движения, кинетическую энергию поступательного и вращательного движений, потенциальную энергию, работу силы, закон сохранения энергии.

ПОНИМАТЬ: физический смысл моменты инерции, момента силы момента импульса.

ПРИМЕНЯТЬ: правило правого винта для определения направления момента силы и момента импульса; основной закон динамики вращательного движения, закон сохранения энергии и др. для вывода рабочих формул.

Рекомендуемая литература:

1. Трофимова Т.И. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1998.

2. Детлаф А.А Курс физики: учебное пособие для студ. втузов / А.А.Детлаф, Б.М.Яворский. - 5-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2005

1

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9.1

1.9.2

1.9.3

1.9.4

1.9.5

1.9.6

1.9.7

1.9.8

1.10

1.11

1.12

Подготовительный этап

Дать определение момента инерции материальной точки, твердого тела.

Что называют моментом силы относительно точки? относительно оси?

Что называют моментом импульса относительно точки? относительно оси?

Каков физический смысл момента инерции? Момента силы?

Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.

Запишите формулы для определения работы постоянной силы, кинетической энергии поступательного и вращательного движений, потенциальной энергии.

Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

Изучите схему лабораторной установки (рис.1).

1 – вертикальная шкала, разделенная на сантиметры,

2 – неподвижный блок,

3 – шнур, перекинутый через неподвижный блок, одним концом соединяется с грузом 4, а вторым – наматывается на насадку вала 5 электродвигателя 6.

Получите формулу для расчета момента инерции ротора электродвигателя:

.

Для этого:

Запишите, какую энергию приобретет груз, если его поднять на высоту , наматывая шнур на насадку вала.

Запишите закон сохранения энергии для крайнего нижнего положения.

Чему равна потенциальная энергия груза на высоте ?

Рассчитайте силу трения, действующую в системе.

Запишите, чему равны мгновенная скорость в нижней точке пути и расстояние, проходимое грузом на первом участке пути. Выразите скорость через и t.

Запишите выражение угловой скорости через и t.

Получите формулу для расчета момента инерции.

Получите формулу для расчета момента сил сопротивления ротора .

Изучите ход работы и ответьте на вопросы:

Какой результат должен получиться в конце работы? Какие измерения и наблюдения необходимо провести для получения этого результата?

Подготовьте необходимую для выполнения работы таблицу.

Изучите рекомендуемую литературу.

- стр. 34-41: §§16 -19; стр. 23 – 27: §§11 – 13.

- стр. 50-59, 65-67: п.п. 4.2, 4.3, 5.3; стр. 32-43: п.п. 3.1 – 3.4.

Если вал электродвигателя освободить, то груз начнет спускаться, приводя во вращение ротор электродвигателя.

После прохождения крайнего нижнего положения груз поднимется на некоторую высоту .

Изменение потенциальной энергии равно работе против сил трения вала, а путь, пройденный грузом равен .

Считайте движение груза на первом участке (сверху вниз) равноускоренным из состояния покоя. Из уравнения для нахождения выразите ускорения и подставьте полученное значение в формулу для мгновенной скорости.

Используйте формулу связи угловой скорости и линейной.

Подставьте выражения , и полученные в п. 1.8.5, 1.8.6 и 1.8.7, в формулу , выражающую закон сохранения энергии для крайнего нижнего положения и выразите момент инерции .

Запишите основной закон динамики вращательного движения. Необходимое значение углового ускорения получите из формулы для расчета угловой скорости равнозамедленного движения (, где - время от момента выключения двигателя до полной остановки вала, в момент остановки , ).

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

ХОД РАБОТЫ

Изучите лабораторную установку.

Измерьте штангенциркулем диаметр насадки вала. Результат занесите в таблицу.

Запишите значение массы.

Поднимите груз на высоту .

Измерьте время падения груза до нижней точки и высоту , на которую груз поднимается при вращении ротора по инерции. Определите средние значения и t. Результаты занесите в таблицу.

Используя средние значения и t, рассчитайте момент инерции ротора электродвигателя. Результат занесите в таблицу.

Повторите измерения п.2.5 – 2.7 еще для двух значений .

Определите среднее значение момента инерции ротора электродвигателя.

Найдите все указанные на схеме участки.

Вспомните правила пользования штангенциркулем.

Указана на грузе.

Закрепите насадку на вале электродвигателя. Вращая вал, намотайте шнур на насадку в один ряд. Высоту измеряйте по нижнему краю груза.

Высоту измеряйте по нижнему краю груза. Для данного значения высоты опыт повторите 5 раз.

Формула выведена в п.1.9.

2.10

2.11

2.12

Измерьте время до полной остановки вала электродвигателя.

Найдите среднее значение .

Рассчитайте момент сил сопротивления.

Снимите насадку вала и закрепите ее на вертикальном стержне. Нажмите кнопку «ПУСК» и обождите несколько секунд, пока двигатель наберет обороты. Нажатием кнопки «СТОП» выключите электродвигатель и одновременно включите секундомер. Опыт повторите 5 раз.

Подставьте в формулу, полученную в п.1.10 среднее значение момента инерции ротора (п.2.9), среднее время (п.2.11) и частоту по паспорту электродвигателя (). Не забудьте выразить все физические величины в системе СИ.

3

3.1

3.2

3.3

3.4

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое момент инерции тела и от чего он зависит? Каков физический смысл момента инерции?

Определите момент силы относительно точки и относительно оси. Как определить направление вектора момента силы?

Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.

Чему равна кинетическая энергия вращающегося тела?