Описание установки
Фотография экспериментальной установки приведена на рисунке 7. Исследуемый диск 1 закреплен в штативе 2 с регулируемыми ножками 3, которые позволяют установить диск строго горизонтально.
На диске закреплены три шкива разного диаметра (рис 8), на один из которых в зависимости от индивидуального задания наматывается 15-20 оборотов шелковой нити 5. Далее нить протягивается через измерительное колесико 6 светового барьера 7, который предназначен для измерения угла поворота колесика. Световой барьер с помощью держателя 8 устанавливается таким образом, чтобы нить располагалась горизонтально.
Конец шелковой нити прикрепляется к держателю 9 массой 10 г, на котором можно размещать дополнительные перегрузки 10. Необходимо настроить установку так, чтобы держатель с перегрузками висели вертикально и могли опускаться свободно.
На диске имеется ограничительный выступ 11. Когда нажата и зафиксирована винтом 14 кнопка 13 пускового механизма, выступ 11 упирается в стержень пускового механизма и диск вращаться не может.
|
|
|
Рис. 7. Общий вид экспериментальной установки.
|
|
|
|
Рис. 8. Диск с тремя шкивами (1D, 2D, 3D) и уровнем (4). |
Для уменьшения трения при вращении диска по гофрированной трубе 15 подается под давлением воздух, нагнетаемый турбокомпрессором (на рисунке 7 – не изображен). Для этого следует включить турбокомпрессор (переключатель поставить в положение 1) и увеличить поток воздуха, вращая регулятор компрессора по часовой стрелке до цифры 5. При этом диск «всплывает», оказывается на воздушной подушке. Чтобы диск пришел в движение, надо отпустить спусковой механизм 12, отвернув винт 14.
Световой барьер 7 устроен таким образом, что внутри него в одном «колене» расположен светодиод, излучающий электромагнитные волны в непрерывном режиме, а в другом «колене» – фотодатчик (приемник излучения). По периметру измерительного колесика 6 располагаются на одинаковых расстояниях друг от друга отверстия, через которые излучение светодиода попадает на фотодатчик. При вращении колесика 6 фотодатчик будет фиксировать попадающие на него импульсы излучения, преобразуя их в электрические импульсы. По числу этих импульсов определяется угол поворота измерительного колесика и затем рассчитывается угол поворота диска.
Электрический сигнал с фотодатчика светового барьера 7 по проводам 17 передается на электронный блок Cobra 316, который фиксирует число полученных импульсов и одновременно с высокой точностью измеряет время. Экспериментальные результаты с этого блока передаются на компьютер, где обрабатываются специальной программой, которая, в частности, строит графики зависимостей от времени угла поворота диска, угловой скорости, углового ускорения и других величин.
Экспериментальная часть. Методика измерения зависимости
1. Проверьте соответствие экспериментального стенда рисунку 7.
2. Установите исследуемый диск 1 горизонтально (поворачивая ножки 3, добейтесь того, чтобы пузырек воздуха в уровне 4 располагался посередине).
3. Зафиксируйте диск в стартовом положении, при этом стержень спускового механизма 12 должен быть выше выступа 11 диска примерно на 1 мм; для этого нажмите на кнопку 13 и закрутите винт 14.
4. Намотайте нить на шкив, сделав 15-20 оборотов вокруг него. Номер шкива выберите в соответствии с индивидуальным заданием. Шкивы имеют следующие диаметры (рис. 8):