В целях безопасности не рекомендуется устанавливать частоту вращения более 2 об/с (другими словами, период не должен быть меньше 0,5 с).

Результаты измерений и расчетов занесите в Таблицу 2:

Таблица 2

Период T, с	Угловая скорость ω, рад/с	Центробежная сила F, Н
…	…	…

3. В эту же таблицу можно занести и значения угловой скорости и центробежной силы, полученные в Упражнении 1 для массы 150 г.

4. Нанесите экспериментальные точки на теоретический график зависимости центробежной силы от угловой скорости, построенный в ходе выполнения расчетного задания. Сделайте вывод.

Упражнение 3. Изучение зависимости центробежной силы от расстояния до оси вращения.

1. Установите на тележку груз 50 г (суммарная масса тележки с грузом составит 100 г). Отрегулируйте период вращения около 1 с и в дальнейшем его не меняйте, осуществляя запуск и остановку вращения нажатием кнопки на моторе. Закрепляя тележку на разных расстояниях от оси вращения, измерьте центробежную силу. Для каждого измерения также измерьте период вращения, рассчитайте угловую скорость и величину . Погрешность измерения расстояния от оси вращения принять равной.

Результаты измерений занесите в таблицу:

Таблица 3

Расстояние до оси rC, м	Центробежная сила F, Н	Период T, с	Угловая скорость ω, рад/с	, м/с2	∆(), м/с2
…	…	…	…	…	…

2. Постройте график зависимости центробежной силы от величины . По согласованию с преподавателем график можно строить с помощью программыMeasure(см. Приложение 2).

3. Согласно формуле (14) построенная зависимость должна быть линейной. Определите угловой коэффициент прямой и сравните его с массой нагруженной тележки. Сделайте вывод.

Подготовка к работе.

1. Физические понятия, величины, законы, знание которых необходимо для успешного выполнения работы:

• Инерциальные системы отсчета.

• Законы Ньютона.

• Неинерциальные системы отсчета.

• Силы инерции.

• Центростремительная сила.

• Центробежная сила инерции.

2. Выведите формулу (14).

3. Расчетное задание.Пользуясь формулой (14), для тела массойm=150 г, находящегося на расстоянииr_C=20 см от оси вращения, постройте на миллиметровой бумаге зависимость действующей на него центробежной силы от угловой скоростив диапазоне от 0 до 12 рад/с.

4. Сформулируйте основную цель работы и порядок ее выполнения.

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики. Механика – М.: АстрельАСТ, 2005, §§2.1–2.7, 4.1, 4.2.

2. Иродов И.Е. Механика. Основные законы.– М.: Лаборатория базовых знаний, 2003, §2.1–2.5.

3. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности – М.: ООО Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО Издательство «Мир и образование», 2003, §§64÷66.

Приложение 1 Процедура выполнения измерений с помощью программы Measure

1. Запустите новое измерение, нажав на панели инструментов кнопку или выбрав пункт менюФайл/Новое Измерение. Откроется диалоговое окно «Кобра3 Сила/Тесла». Проверьте правильность установок, сравнив вид окна на экране с Рис. 1-1.

Рис. 1-1 – Внешний вид окна «Кобра3 Сила/Тесла».

2. В разделе «Дисплей» проверьте установки разделов «Цифр. дисплей 1», «Аналог. дисплей 1» и «Диаграмма 1» и, если необходимо, приведите их к виду, изображённому на Рис.1-2 а, б, в соответственно, и нажмите кнопку «Да». Эти окна появляются на экране при установке флажков. Если же флажки уже установлены, необходимо их снять и снова установить.

а)	в)
б)

Рис. 1-2 – Внешний вид окон установки параметров дисплея.

3. Нажмите кнопку «Параметры», расположенную слева в нижней части окна (Рис.1-1). В открывшемся окне проверьте правильность установки параметров на вкладке «Сила», сравнив их с Рис. 1-3. Если нужно, внесите изменения. Перейдите на вкладку «Калибрование» (см. Рис.1-4). Произведите установку нуля динамометра, нажав кнопку «Калибровать». Нажмите кнопку «Да» окна «Параметры».

4. В окне «Кобра3 Сила/Тесла» нажмите кнопку «Далее» (Рис.1-1). Запустится программа измерения силы натяжения нити, вид окна которой приведён на Рис. 1-5. Запустите вращение платформы, нажав среднюю кнопку на электромоторе (поз. 1 на Рис. 2). С помощью регулировки скорости вращения, расположенной на электромоторе, установите скорость вращения около 1 об./с. Дождитесь, пока скорость вращения перестанет изменяться. Как правило, для этого достаточно 20÷30 с. Нажмите кнопку «Начать измерение».

5. Измеряемые значения в реальном времени отображаются на экране в виде графика зависимости силы натяжения от времени. Характерный вид этой кривой представлен на Рис. 1-6. Время измерения должно быть таким, чтобы измерено было не менее 10 периодов колебаний. В любом случае 20 с будет достаточно. Для завершения измерения нажмите кнопку «Закончить измерение». Остановите вращение, нажав среднюю кнопку на электромоторе. Регулятор скорости вращения не трогать.

6. Перед вычислением периода колебаний кривую рекомендуется предварительно сгладить. Это позволит более надёжно зафиксировать её максимумы и минимумы. Для этого нажмите кнопку «Сгладить» на панели инструментов или выберите пункт меню «Анализ / Сгладить». Появится диалоговое окно, изображённое на Рис.1-7. Нажмите кнопку «Гладкость». После этого в окне появится вторая, более гладкая кривая синего цвета. На панели инструментов имеются кнопки, которые могут скрывать или отображать кривые на графике. Нажав кнопку с красным символом «F», скройте исходную красную кривую.

Рис. 1-3 – Внешний вид вкладки «Сила» окна установки параметров измерения силы.

Рис 1-4 – Внешний вид вкладки «Калибрование» окна установки параметров измерения силы.

Рис. 1-5 – Внешний вид окна измерения силы натяжения нити.

Рис. 1-6 – Характерный вид экспериментальной зависимости силы натяжения от времени.

Рис. 1-7 – Внешний вид окна «Сгладить».

7. Для вычисления периода вращения нажмите на панели инструментов кнопку «Обзор». После этого на графике появится прямоугольник. В правом верхнем углу окна написаны координаты его вершин – точки №№ 1 и 2, – а также его размеры по горизонталии вертикали. С помощью мыши переместите левую вершину прямоугольника таким образом, чтобы левая его сторона совпала с одним из максимумов (или минимумов) измеренной кривой. Отсчитайте десять периодов и переместите мышью правую вершину таким образом, чтобы правая сторона прямоугольника совпала с соответствующим максимумом. Период определяем по формуле. Измеренное значение должно попадать в диапазон от 0,8 до 1,3 с. Если это не так, измените скорость вращения в нужную сторону и повторите измерение. После того, как желаемое значение будет достигнуто, положение регулировки скорости вращения при дальнейших измерениях Упражнения 1 больше не изменять, а запуск и остановку вращения осуществлять нажатием кнопки на моторе.

8. Измеряемое значение центробежной силы равно среднему по времени значению силы натяжения. Для его расчета выделите окно, содержащее измеренную кривую зависимости силы натяжения от времени (см. Рис. 1-6) и нажмите кнопку на панели инструментов или выберите пункт меню «Анализ / Показать среднее значение». После этого на экран будет выведено информационное сообщение с рассчитанным средним значением силы в Ньютонах.

9. Закройте график без сохранения изменений, в открывшемся окне нажмите кнопку «Да».