Описание экспериментальной установки
Общий вид установки представлен на рис. 6.3. Она содержит: 1 –основание, 2– вертикальную стойку, 3– верхний кронштейн, 4– кронштейн для установки фотодатчика, 5 –фотодатчик, 6– диск с осью, 7 – нить и комплект из трех сменных колец различной массы. Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 8 и винтом 9 для фиксации вертикальной стойки 2. Вертикальная стойка 2 выполнена из металлической трубы, на которую нанесена миллиметрованная шкала, и имеет визир 12. На верхнем кронштейне 3 размещаются электромагниты 10 и узел 11 регулировки исходного положения маятника.
М Рис.6.3.Етодика эксперимента и обработка результатов измерений
Задание 1: определение расчетного значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника Максвелла.
1. Рассчитайте для трех сменных колец теоретическое значение момента инерции маятника Максвелла по формуле:
, (6.8)
где:
– момент инерции оси маятника,
м – радиус оси,
кг–
масса оси;
– момент инерции диска маятника,
м – средний радиус диска,
кг–
масса диска;
– момент инерции кольца маятника,
м – средний радиус кольца,
–
масса кольца
,
– средняя ширина кольца.
С помощью штангенциркуля измерить
ширину колец в пяти разных местах и
найти среднее значение.
2. Рассчитайте для трех сменных колец теоретическое значение ускорения центра тяжести маятника по формуле:
, (6.9)
где
–
масса маятника.
Задание 2: определение экспериментального значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника Максвелла.
1. Постройте таблицу 6.2.
Таблица 6.2
|
| ||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
| ||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
| ||||||
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
| |
,
2.
Установите нижний кронштейн с фотодатчиком
в крайнее нижнее положение шкалы так,
чтобы плоскость кронштейна, окрашенная
в синий цвет, совпала с одной из рисок
шкалы. Проведите регулировку положения
основания при помощи регулировочных
опор так, чтобы диск на бифилярном
подвесе находился в центре окна
фотодатчика, при этом ось маятника
должна занимать горизонтальное положение.
При помощи визира на шкале вертикальной
стойки определите ход маятника
.
3. Нажмите кнопку «СЕТЬ» секундомера. При этом должны включиться табло индикации и электромагниты. Вращая маятник по часовой стрелке, зафиксировать его в верхнем положении при помощи ближнего к стойке электромагнита, при этом необходимо следить за тем, чтобы нить наматывалась на ось виток к витку.
4.
При нажатии кнопки «СТАРТ» на секундомере,
элекромагниты должны обесточиться,
маятник начнет раскручиваться, таймер
будет производить отсчет времени, а в
момент пересечения маятником оптической
оси фотодатчика отсчет времени
прекратится. Показания секундомера
занесите в таблицу 6.2.
5.
Испытания 2 –
4 провести пять раз для трех сменных
колец, и определить среднее значение
времени
.
Все полученные результаты занесите в
табл.6.2.
6. Определите экспериментальные значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника по формулам (6.6) и (6.7).
7. Рассчитайте погрешность измеренных значений момента инерции и ускорения центра тяжести маятника.
8. Сравните теоретические значения момента инерции и ускорения центра тяжести маятника с полученными опытным путем. Сделайте выводы.