- •Лабораторна робота № 1 вивчення криволінійного руху.
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Лабораторна робота № 2 визначення моменту інерції системи на прикладі маятника обербека
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Обчислення похибок прямих вимірювань
- •Обчислення похибок непрямого вимірювання
- •Обчислення похибки непрямого вимірювання
- •Запис кінцевих результатів вимірювання
- •Лабораторна робота № 3 визначення коефіцієнта тертя кочення
- •Теоретичні відомості.
- •То після підстановки формул (5)÷(13) у формулу
- •Порядок виконання роботи.
- •За допомогою формули (21) обчислити відносну похибку вимірювань коефіцієнта тертя кочення.
- •Коефіцієнти тертя кочення
- •Лабораторна робота № 4 визначення відношення питомих теплоємностей газів методом адіабатичного розширення
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи
- •Обчислення похибок прямих вимірювань
- •Обчислення похибки непрямого вимірювання
- •Лабораторна робота № 5 визначення коефіцієнта в’язкості рідини методом падаючої кульки
- •Теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Лабораторна робота № 6 дослідження електростатичного поля
- •Теоретичні відомості
- •Опис методу
- •Порядок виконання роботи.
- •Лабораторна робота № 7 електровимірювальні прилади. Вимірювання електричного струму.
- •Характеристики нешунтованих амперметрів
- •Виміри та розрахунки для еталонного
- •Додаток
- •1. Коефіцієнти Стьюдента
- •2. Характеристика засобів вимірювання
- •Характеристика мір
- •Характеристика приладів
- •Література
Лабораторна робота № 2 визначення моменту інерції системи на прикладі маятника обербека
Мета роботи: експериментально визначити момент інерції системи динамічним методом та порівняти отримані результати з теоретичними обчисленнями.
Прилади та обладнання: маятник Обербека, міліметрова лінійка, секундомір.
Теоретичні відомості
Обертальним рухом твердого тіла (системи) відносно нерухомої осі називається такий рух, під час якого всі точки тіла (системи) рухаються в площинах, перпендикулярних до осі обертання, і описують кола з центрами на цій осі.
Рис. 1
Кінематика та динаміка обертального руху характеризується відповідно кутом повороту , приростом кута повороту , кутовою швидкістю , кутовим прискоренням , моментом інерції J, моментом сили , моментом імпульсу , які виконують таку саму роль для обертального руху, як і відповідні величини – шлях S, переміщення , швидкість , прискорення , маса m, сила , імпульс - для поступального руху. Зв’язок між лінійними і відповідними кутовими кінематичними величинами здійснюється через радіус обертання r (радіус-вектор ) таким чином:
s = r ; ; ; .
Динамічні характеристики обертального руху визначаються наступними виразами:
; ;
.
Взаємозв’язок між відповідними величинами додатково розкривається при графічному зображенні векторних величин, що розглядаються в лабораторній роботі (див. рис. 1: а – кінематика, б – динаміка).
Основний закон динаміки обертального руху тіла відносно нерухомої осі обертання записується так:
(1)
Для тіл правильної геометричної форми момент інерції простіше визначити аналітично, для тіл неправильної геометричної форми – експериментально. З експериментальних найбільш поширеними є методи, які грунтуються на використанні основного закону динаміки обертального руху, закону збереження та перетворення енергії та законів коливального руху.
Опис методу
Рис. 2
Маятник Обербека, момент інерції якого треба визначити, складається із закріпленого на горизонтальній осі шківа (рис. 2) з радіально розташованими стержнями, на яких симетрично закріплені чотири тягарці масами m1. На шків намотана нитка, один кінець якої закріплений до шківа, а на другому кінці підвішений тягарець масою m. Під час опускання тягарця m маятник Обербека під дією сили натягу нитки приводиться в рівноприскорений обертальний рух.
Основне рівняння динаміки обертального руху для маятника Обербека має вигляд
, (2)
де r – радіус шківа. Моментом сили тертя нехтуємо.
Напрямок вектора моменту вздовж осі обертання маятника визначається векторним добутком (за правилом свердлика):
Прирівнявши праві частини рівнянь (1) та (2), отримаємо
;
звідки . (3)
Робочу формулу для розрахунку моменту інерції J знайдемо, використавши величини h і t, які вимірюються в процесі експерименту, де h – шлях руху важка m по вертикалі, t – час його руху.
Виразивши кутове прискорення через лінійне прискорення точок a, які знаходяться на ободі шківа, зведемо задачу до знаходження лише a. Оскільки тягарець m рухається прямолінійно і рівноприскорено, то його шлях h, пройдений за час t, можна визначити за формулою
, звідки .
Тоді кутове прискорення маятника .
Підставивши значення a та у рівняння (1-3), отримаємо
(4)
Якщо врахувати можливі числові значення величин в нашому експерименті (h 1 м, t 10 c gt2/2h 500), то в формулі (4) можна знехтувати одиницею і отримати спрощений вираз (5)
Формула (5) є робочою для експериментального визначення моменту інерції маятника Обербека. В роботі виконуються прямі вимірювання величин h і t, значення величин m, m1 та r наведені в паспорті установки.