Методы измерений и описание аппаратуры

Прибор, используемый в данной работе, представляет собой настенный кронштейн, на котором смонтированы подушки для опорных призм физического маятника. На том же кронштейне подвешен математический маятник, длину которого можно изменять, наматывая нить на соответствующий барабанчик. Физический маятник представляет собой цилиндрический стержень (рис. 4), на котором жестко закреплены две призмы 1 и 2. На стержне находятся также два тяжелых груза 3 и 4 в форме чечевиц, один из которых (3) закреплен, а другой может перемещаться по шкале и закрепляться в нужном положении. Расстояние между опорными призмами равно 0,730 м. Масса маятника m=10,55 кг (0,01 кГ ).

Один из методов определения момента инерции маятника относительно оси, проходящей через опорную призму, сводится к определению периода колебаний Tмаятника относительно этой оси, массыmи расстояния dот центра масс до оси (см. формулу (6) для). В этом случае момент инерции маятника вычисляется по формуле

(8)

Положение центра масс определяется с помощью призмы балансировки.

Кроме этого метода, на практике часто используется метод определения момента инерции по приведенной длине физического маятника. Приведенную длину находят из опыта, подбирая длину математического маятника так чтобы он колебался синхронно с данным физическим. Определив длину математического маятника находят момент инерции по формуле

(9)

Приборы и принадлежности: физический маятник, матема­тический маятник, секундомер, линейка, штангенциркуль, призма балансировки.

Порядок выполнения работы

Первый метод. Подвесив маятник на призме 1 (см. рис.4), отклонить его на небольшой угол (10 градусов) и измерить секундомером время n=10 колебаний. Измерения произвести 5 раз. Затем произвести аналогичные измерения, подвешивая маятник на призме 2. Данные занести в табл. 1. Вычислить, а затем найти период по формулеРезультаты занести в табл. 1.

Таблица 1

Положение оси вращения	Расстояние от оси вращения до центра тяжести d,м	Время t 10 колебаний, с					Среднее значение периода колебаний , с
		1	2	3	4	5
Призма 1
Призма 2

Для определения расстояния dот центра тяжести до оси вращения снять маятник с опоры и положить на специальную подставку (призму балансировки). На подставке, которая имеет острую грань, маятник необходимо уравновесить. Расстояние от точки, находящейся над гранью призмы балансировки, до опорной призмы измерить масштабной линейкой с точностью до 0,001 м. Затем рассчитать момент инерции по формуле (8). Результат занести в табл.3.

Таблица 2

Положение оси вращения	Расстояние от шарика до точки подвеса, м	Радиус шарика, м	,м
Призма 1
Призма 2

Таблица 3

Положение оси	Момент инерции физического маятника J, кгм2
вращения	по методу колебаний	по методу приведенной длины
Призма 1
Призма 2

Второй метод. Изменяя длину математического маятника, добиться того, чтобы он колебался синхронно с физическим. Полного совпадения периодов обоих маятников добиться нелегко. Поэтому следует, постепенно меняя длину нити математического маятника, добиться того, чтобы маятники колебались синхронно в течение 10—15 колебаний. Измерить расстояние от шарика до точки подвеса. Длина маятника равна этому расстоянию плюс радиус шарика (диаметр шарика измеряется штангенциркулем). Ее можно считать приведенной длинойфизического маятника. Результаты занести в табл. 2. Момент инерции вычислить по формуле (9) и результат занести в табл.3.

Подобные измерения и расчеты повторить, подвешивая маятник на второй призме.