Методичка 4м

Следовательно, момент инерции цилиндра относительно централь-

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

3.1. Определение момента инерции маятника

3.1.1.Снять с крестовины маятника все цилиндры.

3.1.2.Штангенциркулем измерить диаметр шкива (большого или малого) 3 раза. Найти по значению диаметров радиусы, рассчитать среднее значение радиуса шкива.

3.1.3.Намотать шнур на шкив, присоединив к концу шнура груз определенной массы m = 0,1 или 0,2 кг.

3.1.4.Поднять груз m на высоту h = 0,8 или 1 м от пола, придерживая рукой одну из спиц.

3.1.5.Одновременно опустить из руки спицу и нажать головку секундомера. В момент удара груза об пол остановить секундомер. Опыт повторить 3 раза, поднимая груз на одну и ту же высоту h. Определить среднее значение времени падения груза.

3.1.6.По формуле (2.3) определить среднее значение линейного уско-

рения (а1)ср.

3.1.7. По формуле (2.7) определить значение момента инерции (Jм)1. 3.1.8. Изменив массу груза до m = 0,2 или 0,3 кг, определить, как ука-

зано в пп. 3.1.4, 3.1.5, 3.1.6, 3.1.7, момент инерции маятника (Jм)2.

3.1.9.По значениям (Jм)1 и (Jм)2 найти среднее значение момента инерции маятника.

3.1.10.Все измеренные и рассчитанные величины занести в табл. 3.1.

11

3.2.Определение моментов инерции каждого из цилиндров,

укрепленных на спицах маятника Jц, на двух разных расстояниях от оси вращения маятника, т.е. Jц1 и Jц2

3.2.5.Найти момент инерции каждого цилиндра Jц2, как указано в п. 3.2.2 и 3.2.3.

3.2.6.Измерения и расчеты занести в табл. 3.2.

3.3. Определение момента инерции цилиндра по теореме Штейнера

3.3.1.Штангенциркулем измерить высоту цилиндра H, радиус цилиндра а (см. п. 3.2.1), плотность цилиндра 7,8 103 кг/м3 .

3.3.2.По формуле (2.8) вычислить массу цилиндра.

3.3.3.Из пп. 3.2.1 взять расстояния r1 и r2 между осью вращения маятника и центральной осью цилиндра.

12

3.3.4.По теореме Штейнера (1.5), зная момент инерции цилиндра Jц1 и Jц2 (п. 3.2.5), определить момент инерции цилиндра J01 и J02 относительно центральной оси. По значению J01 и J02 найти среднее значение J0ср.

3.3.5.По формуле (2.9) рассчитать момент инерции цилиндра J0 относительно центральной оси.

3.3.6.Сравнить значения моментов J0ср и J0.

3.3.7.Вычислить теоретически момент инерции цилиндра и сравнить его значение с полученным экспериментально.

4. ЗАДАНИЕ ПО УИРС

1.Определите абсолютные ошибки отдельных измерений диаметра шкива и среднюю абсолютную ошибку его диаметра.

2.Зная угловое ускорение шкива и время вращения, определите конечную угловую скорость маятника.

3.Зная высоту h, начальную скорость V0 = 0 и конечную скорость V

груза, определите работу момента силы натяжения нити.

4.Определите работу момента силы натяжения нити; найдите число оборотов, сделанных маятником за время падения груза.

5.ОТЧЕТ

Для получения зачета по лабораторной работе студенту необходимо представить оформленный отчет, который выполняется на двойном тетрадном листе в клетку. Титульный лист оформляется по образцу, приведенному в прил. 2. В отчете должны быть представлены: цель работы, приборы и оборудование; теоретическая часть (краткие ответы на контрольные вопросы), заполненная таблица, вывод по работе – получены момент инерции цилиндра и момент инерции совокупных 4 стержней.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называется моментом силы? В каких единицах измеряется момент силы в системе «СИ»?

2.Что называется моментом инерции тела? От чего зависит момент инерции тела? В каких единицах измеряется в системе «СИ»?

3.Чему равна кинетическая энергия вращающегося тела?

13

4.Получите из второго закона Ньютона основной закон динамики вращательного движения твердого тела для импульса момента силы.

5.Что такое момент импульса тела? В каких единицах он измеряется в системе «СИ»?

6.Сравните значения Jц1 и Jц2. Произошло ли изменение момента инерции цилиндра в связи с изменением его расстояния от оси вращения маятника?

7.Укажите, какая теорема подтверждает правильность полученных результатов.

14

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Трофимова, Т.И. Курс физики / Т.И. Трофимова. – М. : Высш. шк., 2005.

2.Савельев, И.В. Курс общей физики. В 3 т. Т. 1 / И.В. Савельев. – М. :

Наука, 1990.

3.Зисман, Г.А. Курс общей физики. В 3 т. Т. 1 / Г.А. Зисман, О.М. То-

дес. – М. : Наука, 1989.

4.Курс физики. В 3 т. Т. 1 / Яворский Б.М. [и др.]. – М. : Высш. шк., 1987.

15

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

РАСЧЕТ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ЦИЛИНДРА ОТНОСИТЕЛЬНО ОДНОЙ ИЗ ОСЕЙ СИММЕТРИИ

Мы уже отмечали, что момент инерции тела, вращающегося вокруг одной из осей симметрии, имеет вид

Интеграл (2) принимает вид

где S – площадь сечения цилиндра.

Вычисление здесь удобно вести в цилиндрической системе координат, ось симметрии которой направлена вдоль оси z.

В таком случае мы имеем

Аналогично вычисляются моменты инерции других тел правильной геометрической формы: шара, стержня и других.

16

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ТИТУЛЬНОГО ЛИСТА ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Кафедра «Физика и теоретическая механика»

Отчет о лабораторной работе

ЗАКОНЫ ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Выполнил: студент (ФИО) № группы

Проверил: преподаватель (ФИО)

Хабаровск

2014

17

3.2.Определение моментов инерции каждого из цилиндров, укрепленных на спицах маятника Jц, на двух разных

18