- •1. Статистическая обработка результатов эксперимента Физические измерения
- •Погрешности физических измерений
- •Оценка величины систематической погрешности
- •Оценка погрешности при прямых однократных измерениях
- •Оценка величины случайной погрешности
- •Оценка погрешности при прямых многократных измерениях
- •Оценка погрешности косвенных измерений
- •1.1. Определение погрешности прямого многократного
- •1.2. Определение погрешности косвенного измерения удельного сопротивления. (Лабораторная работа 2) Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Вычисление погрешности измерения удельного сопротивления
- •Контрольные вопросы
- •2. Кинематика и динамика поступательного движения тел
- •2.1. Измерение ускорения свободного падения на машине Атвуда. (Лабораторная работа 3)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Подготовка прибора к измерениям
- •Измерения
- •Контрольные вопросы
- •2.2. Проверка второго закона Ньютона с помощью машины Атвуда. (Лабораторная работа 4)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений Задание 1. Проверка закона пути .
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •2.3. Исследование прямолинейного движения тел в поле силы тяжести. (Лабораторная работа 5)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений Подготовка прибора к измерениям
- •3. Кинематика и динамика вращательного движения твердого тела
- •3.1. Изучение законов вращательного движения на маятнике Обербека. (Лабораторная работа 6)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Подготовка прибора к измерениям
- •Измерения
- •Контрольные вопросы
- •4. Закон сохранения импульса и закон сохранения механической энергии
- •Удар – совокупность явлений, связанных со значительными изменениями скорости тела за малый промежуток времени (тысячные доли секунды).
- •В качестве меры механического взаимодействия тел при ударе служит импульс силы за время удара:
- •4.1. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью прибора Гримзеля. (Лабораторная работа 7)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •4.2. Удар шаров. (Лабораторная работа 8)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •4.3. Определение момента инерции и проверка закона сохранения энергии с помощью маятника Максвелла. (Лабораторная работа 9)
- •Теория метода и описание прибора
- •Описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •5. Закон изменения момента импульса и закон сохранения момента импульса
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •5.2. Изучение прецессии гироскопа. (Лабораторная работа 11)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •6. Механические колебания. Физический маятник
- •6.1. Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного маятника. (Лабораторная работа 12)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •6.2. Определение ускорения свободного падения с помощьюмаятника универсального. (Лабораторная работа 13)
- •Теория метода и описание прибора
- •Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
Перемещая груз (5), установить рычаг гироскопа перпендикулярно оси, чтобы ось гироскопа была горизонтальной.
Включить питание двигателя.
Отрегулировать обороты двигателя 6000 об/мин.
Переместить груз на 2 см от положения равновесия.
Нажать кнопку "Сброс".
После показания времени не менее 30 с нажать "Стоп".
Снять показания угла αi и времени ti прецессии.
Вычислить угловую скорость прецессии по формуле .
Изменяя положение груза на 2 см, повторить измерения. При этом ось гироскопа каждый раз ориентировать в исходное состояние, одинаковое при всех измерениях.
Таблица 5.2
l, cм |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
α ·10, град |
|
|
|
|
|
|
t, c |
|
|
|
|
|
|
Ω ,с-1 |
|
|
|
|
|
|
10. Построить график зависимости = f(r) и убедиться в его линейности.
11. Проверить соотношения
Контрольные вопросы
Сформулируйте цели работы.
Как определяются направления векторов: углового перемещения, угловой скорости, углового ускорения?
Запишите выражения для момента импульса относительно точки и относительно неподвижной оси.
Сформулируйте 2-ой закон динамики для вращательного движения.
Запишите выражение момента сил относительно точки.
Сформулируйте закон сохранения момента импульса.
Что называется гироскопом?
Куда направлен вектор момента импульса гироскопа?
Каково направление вектора момента сил гироскопа? С каким вектором совпадает направление момента сил?
Запишите условие равновесия системы.
Какое движение называется прецессией? Чему равна угловая скорость прецессии?
Как изменится скорость прецессии с изменением угловой скорости вращения?
Сделайте выводы по работе.
6. Механические колебания. Физический маятник
Рис. 6.1 |
Если мятник отклонить от положения равновесия на угол , то сила тяжести создает относительно оси вращения (проходит через т. О1 перпендикулярно к плоскости рисунка) вращающий момент
, (6.1)
где l1 – расстояние от оси вращения до центра тяжести С, m – масса маятника, а угол отсчитывается от вертикальной линии против часовой стрелки. Момент силы М стремится вернуть маятник в положение равновесия.
При малых углах отклонения колебания маятника будут близки к гармоническим. Действительно, при малых углах sin и формула (6.1) принимает вид
. (6.2)
По основному закону динамики вращательного движения
, (6.3)
где J – момент инерции маятника относительно оси О1; –угловое ускорение.
Подставляем M и ε в формулу (6.3):
. (6.4)
Обозначая , перепишем равенство (6.4) в виде
. (6.5)
Уравнение (6.5) – дифференциальное уравнение гармонических колебаний. Решением этого уравнения является функция
, (6.6)
где 0 – максимальный угол отклонения маятника от положения равновесия, а круговая (или циклическая) частота.
Для периода колебаний получаем
. (6.7)
Величину называютприведенной длиной физического маятника. Подставив это в выражение (6.7), найдем, что приведенная длина физического маятника равна длине математического маятника с таким же периодом колебаний.
Точка, находящаяся на расстоянии lпр от точки подвеса по линии, проходящей через центр тяжести, называется центром качания.
Точка подвеса и центр качания обладают свойством обратимости: если центр качания сделать точкой подвеса, то прежняя точка подвеса станет новым центром качания, при этом период колебаний не изменится.
Для доказательства этого утверждения воспользуемся теоремой Штейнера: момент инерции тела относительно оси z равен моменту инерции этого тела относительно оси z’, проходящей через его центр инерции параллельно оси z, плюс произведение массы тела на квадрат расстояния между осями z и z’, т.е.
, (6.8)
где J – момент инерции относительно оси z; J0 – момент инерции относительно оси z’; m – масса тела; l – расстояние между осями z и z’.
Рассмотрим вращение физического маятника вокруг точки О1 (см. рис. 6.1).
Проведем линию О1С и на ее продолжении возьмем точку О2, такую, что О1О2 = lпр1. Обозначим О2С = l2, так что . Тогда
.
Таким образом, .
Теперь перевернем маятник и рассмотрим его вращение вокруг оси, проходящей через точку О2, при этом
,
откуда следует, что lпр1 =lпр2.