Описание установки (к лабораторной работе 17а)

Законы вращательного движения тел с неподвижной осью вращения изучаются с помощью прибора, схематически изображенного на рис.17.2.

На вертикальной колонне 3, установленной на основании 9, имеются два кронштейна: нижний 8 и верхний 6, две втулки: нижняя 1 и верхняя 4. На верхней втулке крепится блок 5. Через блок переброшена нить, один конец которой прикреплен к двухступенчатому диску 2 подшипникового узла, другой — к грузу 7 массы т. Сам груз 7 состоит из набора (три съемных и один несъемный) цилиндрических грузов, посаженных на общую ось. Масса каждого из грузов указана на его боковой поверхности. Подшипниковый узел, который может вращаться относительно горизонтальной оси, прикрепленной к нижней втулке 1, конструктивно состоит из двухступенчатого диска 2 и четырех металлических лучей крестовины. Двухступенчатый диск 2 является, кроме того, основанием крестовины. Вдоль четырех лучей крестовины могут передвигаться грузы цилиндрической формы с одинаковыми массами . Величины масс этих грузов указаны на их боковых поверхностях. Эти подвижные грузы фиксируются на лучах крестовины с помощью прижимных винтов. Для надежного крепления подвижных грузов и их точного симметричного расположения на крестовине каждый луч вдоль его длины имеет расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга поперечные метки — углубления. Каждая ступень диска 2 имеет форму цилиндра определенного диаметра. На одну из ступеней диска 2 наматывается нить. При этом конец нити жестко крепится к диску 2, что предотвращает проскальзывание нити по диску во время проведения эксперимента. На нижней втулке 1 находится тормозное устройство (электромагнит), которое после подключения к нему напряжения удерживает с помощью фрикционного устройства систему «подшипниковый узел и висящий на конце нити груз 7 массы m» в состоянии покоя. Когда от электромагнита отключено напряжение (установка расстопорена), груз 7 массы т начинает равноускоренно опускаться вниз, увлекая за собою нить. Нить, в свою очередь, скручиваясь с одной из ступеней диска 2 (но, не проскальзывая по нему!), заставляет равноускоренно вращаться подшипниковый узел вокруг горизонтальной оси. Груз 7 массы m в описанной выше экспериментальной установке, опускаясь, проходит путь h. С целью отсчета пути h, пройденного грузом 7, на колонне 3 имеется миллиметровая шкала. Сам путь h измеряется по этой шкале разностью показаний указателей положений верхнего 6 и нижнего 8 кронштейнов. На обоих кронштейнах закреплены фотоэлектрические датчики, оптические оси которых совпадают с указателями положений соответствующих кронштейнов. Вырабатываемые датчиками электрические импульсы автоматически включают и выключают миллисекундомер, определяющий время t движения груза 7 на пути h. Кроме того, в момент выключения миллисекундомера автоматически включается тормозное устройство.

Рис.17.2

Миллисекундомер в лабораторной работе 17а конструктивно выполнен в виде отдельного блока, помещенного в металлическую коробку основания 9 всей установки. На лицевой панели миллисекундомера расположены клавиши, управляющие работой самого миллисекундомера и тормозного устройства, табло миллисекундомера.

Порядок подготовки и проведения измерения времени h

прохождения грузом массы m пути h

1. Вращая крестовину против часовой стрелки и наматывая нить на ступень шкива с большим диаметром, установить груз 7 так, чтобы нижний край его был на 1-2 мм выше, чем указатель оптической оси фотодатчика, прикрепленного к верхнему кронштейну 6.

2. Включить прибор, нажав клавишу СЕТЬ. При этом тормозное устройство автоматически застопорит установку; на табло миллисекундомера загорятся нули; загорятся лампочки фотодатчиков. Установка находится в исходном положении.

3. Дождаться (или с помощью руки добиться) отсутствия качания груза 7 на нити.

4. Измерить время t движения груза 7 на пути h. Для этого нажать клавишу ПУСК. Тормозное устройство расстопорит установку, и предоставленная самой себе система «подшипниковый узел и груз 7 массы т» начнет движение; миллисекундомер начнет автоматически отсчитывать время движения. После пересечения нижним краем груза 7 оптической оси нижнего фотодатчика миллисекундомер автоматически прекратит отсчет времени; тормозное устройство автоматически застопорит установку, предохраняя корпус миллисекундомера от удара грузом 7.

5. Показание миллисекундомера занести в заранее заготовленную таблицу лабораторного журнала.

6. Нажать клавишу СБРОС; на табло миллисекундомера вновь зажгутся нули; тормозящее устройство расстопорит установку.

7. Вновь, как указано в п.1 данной инструкции, установить груз 7 в исходном верхнем положении. Отжать клавишу ПУСК. Тормозное устройство застопорит прибор. Установка снова готова для последующих измерений времени t прохождения грузом 7 массы т пути h.