МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Кафедра физики
Лаборатория механики и молекулярной физики №1(213а)
Лабораторная работа №4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВОГО КОЛЕСА И СИЛЫ ТРЕНИЯ В ОПОРЕ
Отредактировал: Воронцова Е.Н.
Ижевск 2011
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВОГО КОЛЕСА И СИЛЫ ТРЕНИЯ В ОПОРЕ
Цель работы: сравнение моментов инерции тел, вычисленных различными методами. Определение силы трения.
Приборы и принадлежности: 1) установка, состоящая из двух маховых колёс и груза, 2) штангенциркуль, 3) масштабная линейка, 4) секундомер.
В данной работе нужно определить момент инерции махового колеса и силу трения в опоре. Определение понятия момента инерции тела дано в предыдущей работе.
Трение играет очень большую роль в природе и технике. Посредством трения осуществляется необратимый переход всех видов энергии в теплоту. Трение обусловлено шероховатостью соприкасающихся поверхностей – взаимным зацеплением выступов на них. При достаточно гладких поверхностях главной причиной трения становятся силы сцепления между молекулами трущихся поверхностей.
Рис.I. К определению силы трения. |
Опыт показывает, что сила трения Fтр (рис. I) пропорциональна силе N, прижимающей соприкасающиеся поверхности тела друг к другу, т.е. силе нормального давления: Fтр = KN (1)
|
Коэффициент К называется коэффициентом трения. Он зависит от рода вещества и качества обработки трущихся поверхностей.
В настоящей работе момент инерции махового колеса и сила трения в опоре определяются косвенным путем, на основании закона сохранения энергии.
Установка состоит из двух маховых колёс, насаженных на общий вал вращения, груза Р с нитью, намотанной на вал и опоры, на которую падает груз. (рис. 2). Груз Р, находящийся на высоте h, обладает некоторой потенциальной энергией. Если предоставить грузу возможность падать, то это падение будет происходить с ускорением а. При падении груза массой m его потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию поступательного движения груза , кинетическую энергию вращательного движения маховых колёси расходуется на преодоление силы тренияFтр.
На основании закона сохранения энергии можно записать:
, (2)
Рис. 2
где w – угловая скорость вращения маховика, V – скорость падения груза в момент времени t, когда груз коснётся опоры П, I – момент инерции двух колес, Fтр – сила трения в опоре.
Движение груза будет равноускоренным без начальной скорости (V0 = 0), поэтому
и ,
угловая скорость равна . (3)
Силу трения в опоре определяют исходя из следующих соображений. После того, как груз опустился с высоты h, маховые колеса, вращаясь по инерции, поднимают груз на высоту h1, где h1 < h. При этом груз приобретает потенциальную энергию . Изменение потенциальной энергии равно работе по преодолению силы трения на пути , т.е.
,
следовательно,
(4)
Подставляя в формулу (2) значение Fтр, V, w получим
.
Произведя математические преобразования, получим
. (5)