Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

оформление лаб по физике

.doc
Скачиваний:
71
Добавлен:
10.04.2015
Размер:
186.88 Кб
Скачать

Министерство образования и науки РФ

Волжский институт строительства и технологий (филиал) Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета

Лабораторная работа по физике № М-2_

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА КРЕСТООБРАЗНОМ МАЯТНИКЕ ОБЕРБЕКА

(Название лабораторной работы)

Учебная группа НТТС-13

ФИО

Дата

Подпись

Студент

Иванов И.И.

14.11.2013 г.

Преподаватель

Петров П.П.

21.11.2013 г.

Волжский 2013

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

изучение законов вращательного движения, определение момента инерции маятника Обербека.

ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:

маятник Обербека, секундомер, набор грузов.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ:

Моментом инерции J материальной точки массой m относительно оси вращения называется величина, равная произведению массы точки на квадрат расстояния её до рассматриваемой оси: .

Моментом инерции системы точек (тела) относительно оси вращения называется физическая величина, равная сумме произведений масс n материальных точек системы на квадрат их расстояний до рассматриваемой оси:

. (1)

Теорема Штейнера: момент инерции тела J относительно любой оси вращения равен моменту его инерции Jс относительно параллельной оси, проходящей через центр масс C тела, сложенному с произведением массы тела на квадрат расстояния а между осями: .

Моментом силы относительно неподвижной точки О называется физическая величина, определяемая векторным произведением радиус-вектора , проведенного из точки О в точку приложения силы, на силу . В векторном виде .

Модуль момента силы

. (2)

Основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси: сумма моментов сил, действующих на тело относительно оси, равно произведению момента инерции этого тела относительно той же оси на угловое ускорение, приобретаемое телом

, (3)

Моментом импульса материальной точки относительно неподвижной точки О называется физическая величина, определяемая векторным произведением:

,

Момент импульса твердого тела относительно оси есть сумма моментов импульса отдельных частиц:

. (4)

С учетом того, что , момент импульса твердого тела относительно оси равен произведению момента инерции тела относительно той же оси на угловую скорость тела

. (5)

Продифференцируем уравнение (5) по времени:

. (6)

Т.е. основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси есть производная момента импульса твердого тела относительно оси вращения равна моменту сил относительно той же оси:

,

Закон сохранения момента импульса: момент импульса замкнутой системы сохраняется, т.е. не изменяется с течением времени

или , (7)

ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ:

Ускорение груза: (8)

Угловое ускорение: (9)

Момент силы натяжения нити: Мн= Fн · r (10)

Сила Fн: Fн = m (g – a) (11)

Момент инерции маятника Обербека: (12)

Момент силы трения Мтр определяется графически: зависимость углового ускорения от момента сил, действующих на систему, будет представлять собой прямую линию, проходящую через точку с координатами [Мтр; 0].

ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ

Наименование

Значение

Радиус шкива

r1 = 0,9 см; r2 = 1,75 см

Перемещение груза

h =1 м

Абсолютные погрешности прямых измерений

Δm=0,1г; Δt=0,01c; Δh=0,005м

ТАБЛИЦЫ НАБЛЮДЕНИЙ

Радиус r1 = 0,9 см = 0,9 ∙ 10-2 м

N опыта

m, кг

t, с

a, м/с2

, 1/с2

Fн, Н

Мн, Нм

J, кгм2

Jср, кгм2

t1

t2

t3

tср

1

0,137

23,34

23,38

23,35

23,36

0,0037

0,41

1,34

0,012

0,0232

0,0238

2

0,165

20,56

20,60

20,59

20,58

0,0047

0,52

1,62

0,015

0,0227

3

0,219

18,05

18,01

18,07

18,04

0,0061

0,68

2,15

0,019

0,0244

4

0,277

15,94

15,96

15,92

15,93

0,0079

0,88

2,72

0,024

0,0249

Радиус r2 = 1,75 см = 1,75 ∙ 10-2 м

N опыта

m, кг

t, с

a, м/с2

, 1/с2

Fн, Н

Мн, Нм

J, кгм2

Jср, кгм2

t1

t2

t3

tср

1

0,137

12,54

12,52

12,58

12,55

0,0127

0,73

1,34

0,023

0,0253

0,0253

2

0,165

11,16

11,11

11,13

11,13

0,0162

0,92

1,62

0,028

0,0250

3

0,219

9,57

9,53

9,55

9,55

0,0219

1,25

2,14

0,038

0,0258

4

0,277

8,25

8,27

8,24

8,25

0,0294

1,68

2,71

0,047

0,0252

ВЫЧИСЛЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ:

Радиус r1 = 0,9 см = 0,9 ∙ 10-2 м

с; с; с; с;

м/с2; м/с2; м/с2; м/с2;

1/с2; 1/с2; 1/с2; 1/с2;

Fн = 0,137∙(9,8 – 0,0037) = 1,34 Н; Fн = 0,165∙(9,8 – 0,0047) = 1,62 Н;

Fн = 0,219∙(9,8 – 0,0061) = 2,15 Н; Fн = 0,277∙(9,8 – 0,0079) = 2,72 Н;

Мн=1,34 · 0,9 ∙ 10-2 = 0,012 Нм; Мн=1,62 · 0,9 ∙ 10-2 = 0,015 Нм;

Мн=2,15 · 0,9 ∙ 10-2 = 0,019 Нм; Мн=2,72 · 0,9 ∙ 10-2 = 0,024 Нм;

кгм2; кгм2;

кгм2; кгм2;

кгм2;

Радиус r2 = 1,75 см = 1,75 ∙ 10-2 м

с; с;

с; с;

м/с2; м/с2; м/с2; м/с2;

1/с2; 1/с2; 1/с2; 1/с2;

Fн = 0,137∙(9,8 – 0,0127) = 1,34 Н; Fн = 0,165∙(9,8 – 0,0162) = 1,62 Н;

Fн = 0,219∙(9,8 – 0,0219) = 2,14 Н; Fн = 0,277∙(9,8 – 0,0294) = 2,71 Н; Мн=1,34 · 1,75 ∙ 10-2 = 0,023 Нм; Мн=1,62 · 1,75 ∙ 10-2 = 0,028 Нм;

Мн=2,14 · 1,75 ∙ 10-2 = 0,038 Нм; Мн=2,71 · 1,75 ∙ 10-2 = 0,047 Нм;

кгм2; кгм2;

кгм2; кгм2;

кгм2;

График зависимости для определения Мтр

Мтр1 = 0,0025 Нм; Мтр1 = 0,005 Нм;

ВЫВОД: Момент инерции маятника Обербека не зависит от массы груза, подвешенного на нить, и радиуса шкива, на который эта нить навита, а определяется только массами грузов, закрепленных на спицах маятника, и расстоянием от грузов до оси вращения.

ОБРАЗЕЦ

ОФОРМЛЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНОЙ

РАБОТЫ

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.