Описание экспериментальной установки

Установка представлена на рис.12.3 и включает в свой состав: основание 1; корпус 2 с узлом подшипников, в котором установлен вал с коллектором; вилку 3, закрепленную на валу и предназначенную для крепления гироскопической системы; гироскопическую систему; лимб 4; фотодатчики 5 и 6. Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 7 и винтом-барашком 8 для фиксации корпуса 2. Лимб 4 предназначен для определения угла поворота гироскопической системы во время прецессирования. Гироскопическая система состоит из электродвигателя 9 с диском 10 (маховиком), стержня 11 и противовеса 12. Стержень 11 и противовес 12 предназначены для создания свободной уравновешенной системы относительно горизонтальной оси и соз­дания момента внешних сил, вызывающих прецессию гироскопа. Фотодатчик 5 предназначен для выдачи сигналов при измерении скорости прецессии.

Фотодатчик 6 предназначен для выдачи сигналов при измерении скорости вращения маховика гироскопа. Установка работает от блока управления. Блок управления вырабатывает питающие напряжения и сигналы управления установкой.

Л

Рис.12.3.

евое табло показывает частоту вращения маховика 10 гироскопапосле включения индицирует начальную частоту. Правое табло индицирует время поворота гироскопа вокруг вертикальной оси на 90 градусов. После включения блока может не показывать числовое значение времени. Первое значение времени, за которое гироскоп поворачивается на 90 градусов, появляется после прохождения двух прорезей лимба 4 через фотодатчик 5. Сброс значения времени происходит с началом индикации следующих 90 градусов. Управление скоростью маховика 10 производится кнопками «+» и «-». При этом, при нажатой какой-нибудь кнопке левое табло показывает установленное значение скорости, а при отпущенных кнопках – реальное значение скорости.

Методика эксперимента и обработка результатов

До начала измерений следует ознакомиться с установкой, установить ее горизонтально по имеющемуся уровню.

Задание 1: определение угловой скорости прецессии гироскопа.

Передвигая противовес 12, добиться того, чтобы гироскопическая система находилась в положении равновесия. С помощью штангенциркуля измерить расстояние от конца стержня 11 до ближайшей плоскости противовеса. Нажать кнопку «СЕТЬ» блока. При этом должно включиться табло индикации. При помощи кнопки «+» установить скорость вращения маховика гироскопа 50 Гц (левое табло). Убедиться в отсутствии прецессии.

Выключить блок и сместить противовес так, чтобы расстояние от конца стержня 11 до ближайшей плоскости противовеса составило около 10 мм. С помощью штангенциркуля измерить расстояние . Определить момент внешней силы:

, (12.9)

где - масса противовеса.

Нажать кнопку «СЕТЬ» блока. При помощи кнопки «+» установить частоту вращения маховика гироскопа 4042 Гц и рассчитатьугловую скорость его вращения (рад/с). Отпустить рычаг 11 и наблюдать прецессию гироскопа, зафиксировать направление вращения. Затем повернуть гироскопическую систему так, чтобы указатель угла поворота гироскопа показывал на 0 град. (при этом рукой удерживать стержень с противовесом в горизонтальном положении). Далее повернуть гироскопическую систему на 10 град. в сторону, противоположную вращению прецессирующего гироскопа. Отпустить стержень с противовесом. При помощи правого табло блока определить время поворота прецессирующего гироскопа на угол 90 градусов. Угловую скорость прецессии найти по формуле:

. (12.10)

Угловую скорость прецессии определить не менее пяти раз при одном и том же положении противовеса 12 и одинаковых частотах вращения гироскопа. Однако, частота вращения гироскопа во время проведения опыта немного меняется, и это изменение (уплывание) частоты происходит случайным неконтролируемым образом. Поэтому обработку результатов всех измерений следует производить в соответствии с теорией погрешностей измерений.

Вычисленные по формулам (12.9) и (12.10) значения иподставить в формулу (12.8) и найти момент импульсагироскопа.

Используя полученное значение момента импульса гироскопа и угловой скорости его вращениянайти момент инерции гироскопа:

. (12.11)

Задание 2: измерение момента импульса гироскопа при неизменной частоте вращения и различных значениях момента внешней силы.

Убедиться, что независимо от положения груза , в пределах систематической погрешности получатся одинаковые значения момента импульса гироскопа. Для этого следует повторить задание 1 при нескольких различных положениях груза, заданных преподавателем. Найти среднее значение момента импульса и его полную погрешность. Сделать вывод относительно закона сохранения момента импульса.

Задание 3: измерение момента инерции гироскопа.

Убедиться, что независимо от частоты вращения гироскопа , в пределах систематической погрешности получатся одинаковые значения его момента инерции. Для этого следует повторить задание 1 при нескольких различных частотах вращения гироскопа, заданных преподавателем. Найти среднее значение момента инерции и его полную погрешность.