Выполнение работы

Экспериментальная часть работы делится на две части. В первой части исследуется вращательное движение маятника под действием различных перегрузков при постоянном моменте инерции системы, без грузов m₁ на стержнях. Из данных этого опыта определяют момент инерции системы J_o, а также момент сил трения М_тр, действующий на ось маятника и проверяется линейная зависимость между ε и М.

Во второй части изучается вращательное движение маятника при различных значениях момента инерции системы. Момент инерции системы варьируют, изменяя расстояние грузов от оси вращения. Измеренные значения момента инерции сравнивается с расчетными. Результаты эксперимента записываются в следующую таблицу:

h = r =	mш=m1= rш = r1=	Без шаров		С шарами
Масса груза, m кг	Момент сил М = (g-a) r∙m	tc	a =	tc	a =
0,3		t1= t2= t3= =	a =	t1= t2= t3= =	a =
0,4		t1= t2= t3= =	a =	t1= t2= t3= =	a =
0,5		t1= t2= t3= =	a =	t1= t2= t3= =	a =
0,6		t1= t2= t3= =	a =	t1= t2= t3= =	a =
0,7		t1= t2= t3= =	a =	t1= t2= t3= =	a =

По данным таблицы графически представляется зависимость от М. Далее из гафиков определяются моменты инерции маятника Обербека без шаров J_o и при наличии шаров J₁. Момент инерции всей системы можно вычислить по теореме Штейнера, которая в данном случае запишите таким образом:

J₁ = J_o + 4m_ш ∙ + 4 m_ш r_ш² (7)

где J_o - момент инерции маятника Обербека без шариков;

m_ш - масса шара;

- расстояние от центра шара до оси вращения;

r_ш - радиус шара.

Сравнивая результаты эксперимента полученные из графика с расчетными данными по формуле (7), анализируют полученные дан­ные и указывают возможные причины их расхождения и ошибки из­мерений.

В заключении делается общий вывод об истинности теоретиче­ских положений (1) и (7).

Контрольные вопросы

1. Что такое момент силы? Как направлен вектор момента силы?

2. Каков физический смысл момента инерции?

3. Что такое импульс момента силы и момент импульса тела?

1. Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения?

4. Проанализируйте причины несовпадения I_э и I_р.

Литература

1. Савельев И. И. Курс общей физики. Т. 1. М., 1970. с. 36 - 39.

2. Яворский Б. А. и др. Курс физики. Т. 1. М., 1965. с. 41.

3. Лабораторный практикум по физике: Учебное пособие для студентов втузов. Под ред. А. С. Ахматова. - М.: Высшая школа, 1980. - 360 с.

Лабораторная работа № 3

Определение ускорения силы тяжести оборотным маятником

Приборы и принадлежности: оборотный маятник, секундомер, линейка и отвертка.

Цель данной работы: определение ускорения силы тяжести в месте г. Омска.

На тело m, помещенное вблизи другого тела массой М, действует сила тяжести (взаимодействия):

На тело m, помещенное вблизи другого тела массой М, действует сила тяжести (взаимодействия):

F = m, (1)

где - гравитационная постоянная = (6,67 + 0,005) 10^-11

r - расстояние между центрами масс тиМ.

Под действием этой силы F тело массой m получает ускорение а, которое связано с F и m вторым законом Ньютона.

F=та (2)

Сравнивания (1) и (2) видим, что ускорение силы тяжести равно

а = , (3)

Если тело находится у Земли на расстоянии h от ее поверхности, то ускорение которое оно приобретает при свободном падении может быть записано в виде:

g = (4)

где M - масса Земли,

R - радиус Земли (средний).

Если тело находится на небольших высотах по сравнению с радиусом Земли (т. е. R >> h), то

g = (5)

Большинство тел, с которыми приходится иметь дело человеку, находятся у поверхности Земли, т. е.

h,

следовательно, для тел выполняется неравенство (R >> h) с большим запасом, поэтому формула (5) для оценки ускорения свободного падения или, иначе говоря, для ускорения силы тяжести является достаточно точной. Подставляя средние значения величин, входящих в эту формулу, получим среднее значение ускорения силы тяжести g= 9,8. По ряду хорошо известных причин оно будет разным для различных мест на Земле.

Период колебания физического маятника определяется:

Т =

где J — момент инерции маятника;

m - его масса;

ℓ - расстояние между точкой подвеса и центром массы;

g - ускорение силы тяжести.