- •Методические указания
- •1. Приборный семинар Лабораторная работа 1 определение удельного сопротивления проводника
- •Экспериментальная установка и методика проведения измерений
- •Расчетные формулы
- •Проведение измерений и расчетов
- •Контрольные вопросы
- •2. Изучение законов вращательного движения Основные теоретические положения
- •Лабораторная работа 2.1 маятник максвелла
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.2 определение момента инерции махового колеса
- •Приборы и принадлежности: маховое колесо, грузы, линейка, штангенциркуль, секундомер. Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.3 определение момента инерции тел неправильной формы динамическим методом
- •Вывод рабочей формулы и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 2.4 маятник обербека
- •Вывод рабочей формулы и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Абсолютно неупругий удар
- •Лабораторная работа 3.1 упругий центральный удар шаров
- •Вывод рабочей формулы и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •4. Гармонические колебания Основные теоретические положения
- •Т. К. , то уравнение динамики можно записать в виде:
- •Лабораторная работа 4.1 определение положения центра тяжести физического маятника
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4.2 определение ускорения силы тяжести при помощи физического маятника
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 4.3 определение радиуса сферы при помощи сферического маятника
- •Вывод рабочих формул и описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Методические указания
Контрольные вопросы
1. Дайте определение момента инерции материальной точки и твердого тела.
2. Как записывается основное уравнение динамики вращательного движения?
3. Какой физический прибор называется маятником Максвелла? Назовите основные его элементы и объясните принцип его работы.
4. Выведите рабочую формулу для определения момента инерции маятника Максвелла.
5. Объясните формулу (11) для теоретических значений моментов инерции маятника.
6. Выведите формулу для относительной и абсолютной погрешностей определения моментов инерции.
Лабораторная работа 2.2 определение момента инерции махового колеса
Цель работы: Изучить законы динамики вращательного движения твердого тела с помощью махового колеса. Определить момент инерции махового колеса. Экспериментально исследовать величину момента инерции махового колеса в зависимости от условий эксперимента.
Приборы и принадлежности: маховое колесо, грузы, линейка, штангенциркуль, секундомер. Вывод рабочих формул и описание установки
Лабораторная установка состоит из махового колеса со шкивом радиусом , груза массой , соединенного со шкивом при помощи шнура, отчетной линейки и секундомера. На шкив махового колеса наматывается шнур, к концу которого крепится груз. Масса груза m может быть уменьшена путем отделения его нижней части. Для удобства отсчёта высоты поднятия груза шнур перебрасывается через вращающийся цилиндр. Под действием силы тяжести груз опускается, приводя в движение маховое колесо (рис. 2.4).
Маховое колесо приводится во вращение грузом, прикрепленным к шнуру, который наматывается на шкив махового колеса. Когда груз находится на высоте , он обладает потенциальной энергией . В результате движения груза до полного разматывания шнура потенциальная энергия расходуется на преодоление силы трения в опоре колеса и на увеличение кинетической энергии поступательного движения груза и вращательного движения махового колеса. Согласно закону сохранения энергии,
, (1)
где – момент инерции махового колеса, – угловая скорость вращения махового колеса, – скорость движения груза, – сила трения в опоре, – масса груза.
Силу трения в опоре махового колеса вычисляем также на основании закона сохранения энергии, зная высоту , на которую поднимается груз после полного разматывания шнура:
, (2)
где в левой части уравнения разность потенциальных энергий груза на высоте и , в правой части – работа, затраченная на преодоление силы трения в опоре. Из (2) находим силу трения:
. (3)
Учитывая, что движение груза равноускоренное, его скорость в момент полного разматывания будет равна , где – время разматывания груза,
– ускорение, с которым движется груз. Принимая во внимание, что высота, с которой опускается груз без начальной скорости, определяется как , получим, что скорость груза . Подставляя полученные выражения для силы трения в опоре, скорости груза на нулевой высоте и угловой скорости ( – радиус шкива) в соотношение (1), после соответствующих преобразований получим выражение для момента инерции махового колеса:
. (4)
Следует обратить внимание, что рабочая формула для определения момента инерции махового колеса получается на основании закона сохранения механической энергии.
Выражение (4) является рабочей формулой в данной работе.