Контрольные вопросы

1. Что значит измерить физическую величину?

2. Что такое цена деления шкалы измерительного прибора?

3. Абсолютная и относительная ошибки измерений.

4. Принцип устройства нониуса.

5. Что такое плотность вещества?

6. Понятие веса тела. Единицы измерения массы и веса тела.

7. Как в данной работе производится расчет абсолютной и отно­сительной ошибок при определении массы тела?

Литература

1. Иверонова в. А. Физический практикум. - м., 1962. С. 35 - 40.

2. Руководство к лабораторным работам по физике: Учебное по­собие для студентов втузов: Под ред. Э. А. Майера. Омск: СибАДИ, 1977.

Лабораторная работа № 2 Изучение законов вращательного движения на крестооб­разном маятнике Обербека

Приборы и принадлежности: маятник Обербека, набор пере-грузков, секундомер, масштабная линейка, штангенциркуль, отвертка.

Основное уравнение динамики вращательного движения тела от­носительно неподвижной оси имеет вид:

где - сумма проекций на ось всех моментов сил, действующих на тело;

J - момент инерции тела;

- его угловая скорость.

При вращении твердого тела момент инерции не зависит от времени и основное уравнение упрощается:

. (1)

Это уравнение напоминает уравнение Ньютона для движения матери­альной точки: роль силы играет момент силы , роль массы - мо­мент инерции J, а роль ускорения - угловое ускорение . Экспериментальная проверка уравнения (1) является одновременно провер­кой основных положений механики.

На нижеприведенном рисунке схематически показан маятник Обербека - прибор, с помощью которого можно исследовать законы вращательного движения.

Рис. 6

Маятник состоит из четырех стержней, укрепленных на втулке под прямым углом друг к другу. Втулка и два шкива различных радиусов насажены на общую ось. Ось закреплена в игольчатых подшипниках, так что вся система может свободно вращаться вокруг горизонтальной оси. Момент инерции прибора можно изменять, передвигая грузы mi вдоль стержней. На один из шкивов маятника навита тонкая нить. Привязанная к ней легкая платформа известной массы служит для размещения перегрузков.

Вращательный момент создается силой натяжения нити F_n:

M =rF_N, (2)

где г - радиус шкива.

Силу F_n легко найти из уравнения движения платформы с перегрузком:

mg-F_N=ma, (3)

где m - масса платформы с перегрузком.

Если момент сил трения М_тр, приложенный к оси маятника, мал по сравнению с моментом М_N силы натяжения нити, то проверка уравнения (1) не представляет труда. Действительно, измеряя время t, в течение которого нагруженная платформа из состояния покоя опускается на расстояние h, можно найти ее ускорение а:

a = , (4)

оно связано с угловым ускорением εпростым соотношением:

а = r ε. (5)

Система уравнений (2) - (5) полностью решает поставленною задачу.

В реальных опытах момент сил трения М_тр может оказаться достаточно большим и существенно исказить результаты опыта. Поскольку влияние трения ощутимо, то должно приниматься во внимание при обработке результатов эксперимента.

Для дальнейшей работы удобно преобразовать уравнение (1) выделив момент сил трения в явном виде:

M_n- М_тр = J ε. (6)