10

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Утверждено

на заседании кафедры физики

20 мая 2011 г.

Методические указания

к лабораторной работе № 9

«Изучение основного закона динамики вращательного движения с помощью прибора

ОБЕРБЕКА»

(для бакалавриата всех профилей)

Ростов-на-Дону

2011

УДК 531.383

Методические указания к лабораторной работе № 9 «Изучение основного закона динамики вращательного движения с помощью прибора Обербека». – Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 10 с.

Содержатся краткая теория метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса физики для студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения всех профилей по направлениям:

270800 «Строительство»

270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия»

280700 «Техносферная безопасность»

190700 «Технология транспортных процессов»

190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

230400 «Информационные системы и технологии»

230700 «Прикладная информатика»

120700 «Землеустройство и кадастр»

261400 «Технология художественной обработки материалов»

221700 «Стандартизация и метрология»

100800 «Товароведение»

Электронная версия находится в библиотеке, ауд. 224.

УДК 531.383

Составители: проф. Н.Н. Харабаев,

проф. А.Н. Павлов

Рецензент доц. Ю.И. Гольцов

Редактор н.Е. Гладких

Доп. план 2011 г., поз. 124

Подписано в печать 22.06.11. Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,6. Тираж 100 экз. Заказ 328.

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

Лабораторная работа № 9

ИЗУЧЕНИЕ ОСНОВНОГО ЗАКОНА

ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

С ПОМОЩЬЮ ПРИБОРА ОБЕРБЕКА

Цель работы: на опыте изучить действие основного закона динамики вращательного движения.

Приборы и принадлежности: прибор Обербека, секундомер, набор грузов, штангенциркуль, метровая линейка.

Краткая теория эксперимента

Основной закон динамики вращательного движения твердого тела:

, где

–момент количества движения твердого тела,

–момент внешних сил, действующих на тело.

Для однородного тела, вращающегося относительно оси симметрии этого тела: , где

–момент инерции твердого тела относительно его оси вращения,

- угловая скорость.

Вектор направлен по оси вращения в соответствии с правилом правого винта.

В этом случае , или.

Отсюда , где

- момент внешней силы относительно данной оси вращения, то есть проекция вектора момента внешней силы на данную ось вращения (направление вектора коллинеарно оси вращения);

- угловое ускорение (направление вектора коллинеарно оси вращения и совпадает с направлением вектора ).

Таким образом, в рассматриваемом случае основной закон динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси:

если на тело, имеющее ось вращения (совпадающую с осью симметрии данного тела), действует сила, то это тело приобретает угловое ускорение, величина которого прямо пропорциональна моменту действующей силы относительно данной оси вращения и обратно пропорциональна моменту инерции этого тела относительно той же оси вращения.

Согласно этому закону для какого-либо тела с неизменным моментом инерции относительно выбранной оси вращения (оси симметрии данного тела) величина углового ускорения линейно зависит от величины момента действующей силы относительно данной оси вращения, то есть .

Линейная зависимость углового ускорения от величины может быть проверена экспериментально с помощью «прибора Обербека».

Рис. 1. Принципиальная схема «прибора Обербека»

Прибор Обербека состоит их металлического «креста», способного вращаться вокруг неподвижной оси под действием силы натяжения Т разматывающейся нити, на которой подвешен груз массой m.

Используя набор грузов с разными массами m₁ , m₂ , m₃ …, с помощью прибора Обербека можно определить в результате косвенных измерений моменты сил натяжения нити: и соответствующие им величины углового ускорения

По точкам можно построить экспериментальную графическую зависимость и проверить ее соответствие линейной зависимости.

Момент силы натяжения нити Т можно получить из второго закона Ньютона для поступательного движения груза m:

, где

a – ускорение, с которым движется груз,

F – сила, вызывающая это ускорение: .

Отсюда , а момент этой силы относительно оси вращения: , где

r – плечо силы Т (r – радиус шкива).

Так как угловое ускорение , то экспериментальная часть данной работы состоит в определении радиуса шкива r и линейного ускорения движения груза m. Радиус шкива r определяется с помощью штангенциркуля. Все ускорения a можно определить опытным путем с использованием формулы , получаемой из , где

h – путь, пройденный за время t после начала движения груза с ускорением a.

Таким образом, для определения величины ускорения a необходимо провести измерения пути h и времени t движения груза m.