2. Экспериментальная часть

Упражнение 1. Опытное изучение законов динамики вращательного движения твёрдого тела.

Примечание. Постоянные параметры установки (геометрические размеры, массы элементов) указаны в отдельной табличке на её основании.

2.1. Порядок выполнения упражнения

2.1.1. Зафиксировать на стержнях грузы m_гр при номинальных радиусах b = 26 см, убедиться в том, что стержни крестовины до конца ввёрнуты в резьбовые гнёзда втулки. Измерение радиусов выполнять от оси крестовины до центра каждого груза.

2.1.2. Проверить балансировку крестовины установки, для чего:

- смотайте нить со шкива, поставьте платформу на верхнюю площадку маятника таким образом, чтобы нить находилась в свободном (не натянутом) состоянии;

- поворачивая крестовину четырежды на 90⁰, убедитесь, что в каждом из этих положений она остаётся неподвижной;

- в противном случае добейтесь нужного результата за счёт смещения соответствующего груза по стержню в ту или иную сторону;

- закрепите грузы окончательно;

- измерьте радиусы по всем стержням крестовины, рассчитайте среднее значение фактического радиуса ‹b›, запишите его в протокол c точностью до 1 мм.

2.1.3. Вращая крестовину установки по часовой стрелке, намотать нить в канавку шкива так, чтобы платформа поднялась своей нижней плоскостью на высоту h, и зафиксировать крестовину в этом положении рукой. Успокоить платформу с грузами в случае её раскачивания.

2.1.4. Обнулить секундомер, одновременно отпустить крестовину и включить секундомер (эту операцию должен выполнять один человек).

2.1.5. Выключить секундомер в момент удара платформы о поверхность деревянной подставки, записать время t падения груза в таблицу 1 (округлять до десятых долей секунды). Следить, чтобы при опускании платформы с грузами она не задевала линейку установки.

Таблица 1

Измеренные величины

Расч. величины

t1

t2

t3

t4

t5

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

‹t›

‹a›

‹ε›

mgr

m0

+m1

+m2

+m3

+m4

2.1.6. Повторить операции п.п. 2.1.3 - 2.1.5 заданное количество раз.

Примечание. Количество замеров времени падения груза задаёт преподаватель.

2.2. Порядок выполнения расчётов

2.2.1. Рассчитать средние из измеренных значения времени ‹t› для каждой массы.

2.2.2. По формуле (9) рассчитать средние значения линейных ускорений ‹а›.

2.2.3. По формуле (6) рассчитать средние значения угловых ускорений ‹ε›.

2.2.4. Рассчитать для каждой массы величины mgr.

2.2.5. Рассчитанные значения занести в табл. 1.

2.2.6. По данным табл. 1 на миллиметровке формата А4 построить график, откладывая на оси абсцисс значение mgr, а на оси ординат величину углового ускорения ‹›. Прямую линию провести по средним значениям нанесённых экспериментальных точек.

2.2.7. По графику определить величину момента силы трения М_тр.

2.2.8. О необходимости расчёта погрешностей полученных значений и его порядке указания даёт преподаватель.

Упражнение II. Экспериментальная проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера

2.3. Порядок выполнения упражнения

2.3.1. Установить на платформу четыре перегрузка и не менять это количество в течение всего упражнения. Тем самым фиксируется величина внешней силы.

2.3.2. Измерить заданное преподавателем количество раз времена t падения груза с высоты h для всех радиусов b расположения грузов на стержнях крестовины, указанных в таблице (указаны номинальные значения). Настройку установки и измерения проводить по той же методике, которая применялась в упражнении 1.

Внимание! Для каждого радиуса до проведения измерения времени выполнять балансировку крестовины по методике, указанной в упражнении 1, рассчитывать средние значения радиусов.

2.3.3. После каждого измерения вносить полученные значения в табл. 2.

Таблица 2

b ном см

Измеренные величины

Расчётные величины

t1

t2

t3

t4

t5

…

…

…

…

…

‹t›

‹a›

‹b› факт.

6

11

16

21

26

2.4. Порядок выполнения расчётов

2.4.1. Рассчитать средние из измеренных значения времени ‹t› для каждого из радиусов b.

2.4.2. По формуле (9) рассчитать средние значения линейных ускорений ‹а›.

2.4.3. Рассчитать для каждого радиуса значенияи.

2.4.4. Полученные результаты занести в таблицу 2.

2.4.5. По данным табл. 2 на миллиметровке формата А4 построить график зависимости от величины, откладывая указанные величины по осям координат так, как показано на рис.3. При этом прямую провести по средним значениям нанесённых на поле экспериментальных точек.

2.4.6. Точка пересечения графика с осью ординат даст величину . По этой величине определить значение момента инерцииI₀ установки без грузов.

2.4.7. О необходимости расчёта погрешностей полученных значений и его порядке указания даёт преподаватель, в этом случае руководствуйтесь методическими укаазниями №100.