Описание установки

Фотография экспериментальной установки приведена на рис.6.

1 3 2 4 5 6 7 8 10 14 9 13 11 12

Рис.6 Внешний вид экспериментальной установки

Установка содержит штатив с основанием 1 в виде треноги. Положение исследуемого тела в горизонтальной плоскости можно регулировать с помощью винтов 2. На основании 1 установлен держатель 3 спиральной пружины 4. Вал 5, к которому прикреплен один конец спиральной пружины, укреплен в держателе 3 с помощью подшипников ( на фотографии не видны). Другой конец пружины 4 жестко связан с держателем 3 и основанием 1. В верхней части вала 5 имеется приспособление 6 для крепления исследуемого тела 7. На рис.6 это тело - стержень с грузами 8 , которые могут быть установлены на различных расстояниях от оси вращения.

В состав установки также входит регистратор движения 9, электронный блок управления 10 (Cobra 3 ) , набор тел различной формы и компьютер 11. Движение вала 5 передается шкиву 12 регистратора движения 9 с помощью нити 13. Один конец нити намотан на вал 5., а к другому прикреплен небольшой (2-4 г) груз 14. Натяжение нити необходимо, чтобы отсутствовало ее проскальзывание относительно шкива 12 в процессе крутильных колебаний. С целью исключения возможного проскальзывания рекомендуется также делать один дополнительный оборот нити вокруг шкива 12.

При движении нити угол поворота шкива регистратора движения преобразуется в электрическое напряжение и через электронный блок 10 передается в компьютер. Программа автоматически рассчитывает угол поворота φ исследуемого тела, если задать диаметры вала 5 и шкива 12 регистратора движения.

Программное обеспечение позволяет вывести на экран монитора график слабо затухающих крутильных колебаний и с высокой точностью измерить период этих колебаний. Предусмотрены различные способы обработки экспериментальной информации. Детально эти возможности программы рассмотрены в Приложениях.

Экспериментальная часть.

Упражнение 1. Измерение моментов инерции тел различной формы.

1. Выберите тела в соответствии с индивидуальным заданием.

2. Измерьте необходимые для расчета момента инерции геометрические размеры тел.

3. Воспользовавшись формулами , рассчитайте теоретические значения моментов инерции и погрешности этих величин . При расчете погрешностей считайте, что погрешность массы .

4. Закрепите тело №1 на штативе.

5. Измерьте период крутильных колебаний T по методике, изложенной в Приложении 1.

6. Определите экспериментальное значение момента инерции , воспользовавшись формулой (14). При расчете считайте, что для данной установки модуль кручения спиральной пружины .

7. Рассчитайте погрешность момента инерции . Погрешность измерения времени с помощью используемого оборудования составляет .

8. Повторите пункты упражнения 2 для тела №2.

9. Сделайте вывод по результатам упражнения 1.

Упражнение 2. Экспериментальная проверка теоремы Штейнера.

1. Закрепите на штативе металлический диск с отверстиями вдоль диаметра. Центр диска должен совпадать с осью вала 5.

2. Согласно методике, изложенной в Приложении 1, измерьте величину момента инерции относительно оси, проходящей через центр масс диска, и определите погрешность .

3. Закрепите диск на штативе так, чтобы с осью вала 5 совпадало соседнее с центром диска отверстие. Измерьте значение I. Определите погрешность этой величины .

4. Смещая центр диска относительно оси вращения на расстояние а, измерьте величины моментов инерции I для каждого варианта крепления диска. Рассчитайте погрешности моментов инерции.

5. Постройте график зависимости на миллиметровой бумаге или воспользуйтесь Приложением 2. На этот график нанесите также зависимость, рассчитанную при выполнении п. 3 раздела «Подготовка к работе»

6. Определите значение углового коэффициента графика и сравните его с массой диска. В пределах погрешности должно выполняться соотношение , где - масса металлического диска.

7. Сделайте вывод по результатам упражнения 2.