Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ МАХОВИКА

ТА СИЛИ ТЕРТЯ В ОПОРІ

Мета роботи: експериментальне визначення моменту інерції маховика та сили тертя в опорі на основі вимірювання кінематичних та динамічних характеристик поступального руху системи, зв’язку між лінійними та кутовими величинами. Набути навичок користування законом збереження енергії для роз­в’язування конкретних завдань фізики.

Прилади і матеріали: 1. Вал з маховиком, закріплений на опорі. 2. Лінійка. 3. Секундомір. 4. Терези. 5. Набір важків. 6. Штангенциркуль.

Література: 1. Е.М.Гершензон, Н.М.Малов. Курс общей физики. Механика. М., 1979, §1.2, §§2.1-2.4, §3.4, §§4.1-4.2.

2. М.М.Архангельский. Курс общей физики. Механика. М., 1975, гл. XIV §§3-6, гл. ІХ §§1-4.

3. Фізичний практикум під ред. В.П.Дущенка. К., 1981, ч.I, с.86-88.

Теорія методу та опис приладів

Прилад складається із махового колеса А, насадженого на вал В, відлікової лінійки. Вал установлений на шарикопідшипниках С₁ і С₂. На нього намотується шнур, до кінця якого кріпиться вантаж масою . При опусканні вантажу маховик приходить в рух. Якщо в результаті руху до повного розмотування шнура вантаж проходить віддаль , то це означає, що в початковий момент руху система має запас потенціальної енергії:

.

Потенціальна енергія витрачається на роботу по подоланню сили тертя і збільшення кінетичної енергії системи: , (1)

де — робота на подолання сили тертя в опорі. Рівняння (1) відноситься до моменту часу, коли вантаж знаходиться в нижньому положенні. Силу тертя можна обчислити, виходячи з того, що махове колесо, обертаючись по інерції, піднімає вантаж на висоту . При цьому система буде мати потенціальну енергію:

.

Витрати потенціальної енергії рівні роботі на подолання сили тертя:

.

Звідси одержимо вираз для визначення сили тертя в опорі:

. (2)

Так як вниз рух прискорений, то ; , де — час опус­кання вантажу. Тоді:

. (3)

Кутова швидкість рівна , де — радіус валу.

. (4)

Підставляючи (2), (3), (4) в (1) і після нескладних перетворень одер­жимо робочу формулу для визначення моменту інерції:

. (5)

Завдання роботи

1. Визначити силу F тертя в опорі, нехтуючи опором повітря.

2. Визначити момент інерції I маховика.

Вимірювання та обробка результатів

1. Виміряти параметри установки: радіус вала — , масу вантажу — . Прикріпити вантаж до кінця шнура.

2. Визначити висоту, на яку опуститься вантаж — .

3. Визначити висоту, на яку підніметься вантаж по інерції — .

4. Виміряти час опускання вантажу — (с).

5. Користуючись формулами (2) та (5) обчислити силу тертя та момент інерції маховика.

6. Визначити абсолютну та відносну похибки.

7. Результати вимірювань та обчислень занести у звітну таблицю.

8. Зробити висновки.

Таблиця.

№ досліду	, м	, м	, с	, Н	H	, %	I, кг∙м2	, кг∙м2	,%
1						х			х
2						х			х
3						х			х
Середнє значення	х	х	х

Висновки:

Тестові завдання та контрольні запитання для визначення ступені готовності студента до виконання роботи та її захисту

1. Дати означення сили.

2. Які типи взаємодій існують у природі?

3. До яких типів взаємодій відноситься сила тертя?

4. Чи можна вважати силу тертя консервативною силою?

5. Що називається моментом інерції?

6. Який закон покладено в основу даної роботи? Сформулювати його.

7. Одиниці вимірювання сили, моменту інерції.

8. Написати зв’язок між лінійними та кутовими характеристиками у век­торній формі.

9. Вивести робочі формули.

10. Чи може менша сила створити більший момент?

11. Платівка програвача досягає нормальної швидкості 33 об/хв за 0,5 оберта. Визначити кутове прискорення платівки.

3