Порядок виконання роботи:

1. За пропозицією викладача відібрати пластину та два тіла: 1 – сталь 3; 2 - антикорозійна сталь; 3 – латунь; 4 – дюраль.

2. Ретельно очистити крейдою поліровані поверхні до рівномірного блиску та зібрати ганчіркою залишки порошку з поверхні тіл.

3. Вставити пластинку на трибометр, фіксуючи її кінцевими стопорами через отвори.

4. Визначити вагу тіла -P з точністю до 5 г. Відпустити затискач, підійняти площину в верхнє положення і затиснути. Покласти тіло на площину, причепити до нього за гачок нитку з шалькою і покласти на шальку гирю вагою не більше ніж Р /2. Сила F΄ визначиться як сума ваги гирі і шальки.

5. Відпустити затискач та повільно зменшувати кут нахилу площини (постукуючи молоточком по пластині) доти, доки тіло не почне ковзати (без постукування) від нижнього до верхнього стопора. Записати кут нахилу α₁, відпустити площину, зняти гирю з шальки.

6. Обчислити за (3) коефіцієнт тертя k₁.

7. Підібрати гирю вагою не більше ніж P/4, покласти її на шальку та, повільно підіймаючи площину і постукуючи молоточком по пластині, знайти кут α₂, при якому тіло почне ковзати вниз по пластині. Записати кут нахилу α₂, опустити площину і відчепити нитку з шалькою.

8. За формулою (5) знайти k₂ і обчислити k за (6).

9. Покласти тіло на пластину, повільно підіймаючи площину і постукуючи молоточком по пластині, знайти кут α₃, при якому тіло почне ковзати вниз. За формулою (7) знайти k₃ порівняти його зі значенням k, визначивши різницю: Δk = k – k_3.

10. Результати вимірювань і розрахунків подати в таблиці:

P	F΄	α1	k1	F΄	α2	k2	k	α1	k3	Δk
Матеріали: пластин - …, бруска - …

Дайте відповідь на запитання:

1. Чи велика точність вимірювань коефіцієнта тертя?

2. Що називають кутом тертя?

3. Що таке внутрішнє тертя, зовнішнє тертя?

Лабораторна робота №5.

Дослідження основного закону динаміки обертального руху.

Прилади та приладдя: хрестоподібний маятник з набором муфт, вертикальний масштаб, набір тягарів 0,10, 0,15, 0,20 кг, штангенциркуль, секундомір.

Мета роботи: перевірити здійснення основного закону динаміки обертального руху.

Коротка теорія і метод дослідження

Основний закон динаміки обертального руху твердого тіла навколо нерухомої осі стверджує, що кутове прискорення тіла пропорційне головному моменту зовнішніх сил, що діють на тіло, і обернено пропорційне моменту інерції тіла.

β = M / I. (1)

де β - кутове прискорення тіла, M - головний момент зовнішніх сил, I - момент інерції тіла відносно осі обертання.

Момент інерції тіла є мірою інертності тіла при обертанні і визначається як сума добутків маси кожної частки тіла на квадрат її відстані від осі обертання

I = Σ m_i r_i² (2)

Справедливість закону (1) можна перевірити, вимірюючи кутове прискорення для різних значень моменту сил M та сталого моменту інерції тіла I. В цьому випадку відношення моментів сил M_i до кутових прискорень β_i має залишатись сталим:

M_i / β_i = I = const. (3)

В даній роботі вимірюється момент інерції хрестоподібного маятника, що складається з хрестовини та шківа. Момент інерції маятника можна змінювати, закріпляючи на ньому на однакових відстанях R від осі чотири муфти масами m₀. Якщо момент інерції хрестоподібного маятника дорівнює I₀, то, вважаючи муфти матеріальними точками, загальний момент інерції можна подати у вигляді

I = I₀ + 4m₀R². (4)

Визначення кутового прискорення і моменту сили в умовах даної роботи може бути виконано у такий спосіб. На шків радіусом r намотується нерозтяжна нитка, до якої прикріплено тягар масою m. Під дією сили тяжіння тягар опускається рівноприскорено з прискоренням a, яке пов’язане з кутовим прискоренням співвідношенням:

β = a / r. (5)

Величину дотичного прискорення a, визначимо із умови спостереження прискореного опускання тягаря масою m.

На підвішений на нитці тягар m діє сила натягу нитки F, а вниз - сила тяжіння Землі mg. Рівнодіюча цих сил спрямована вниз і надає тягареві m прискорення

a = (mg – F ) / m, (6)

звідки

F = m( g – a ). (7)

Вантаж проходить відстань h з прискоренням a за проміжок часу t

h = at²/2,

звiдки

a = 2h/t² (8)

Отже, момент сили натягу нитки виявляється рівним

M = Fr = m( g – 2h/t² ) r (9)

Якщо поділити момент сили (9) на кутове прискорення (5) з урахуванням (8) , можна одержати момент інерції хрестоподібного маятника.

В роботі при трьох різних значеннях вантажу m визначають момент інерції хрестоподібного маятника, а потім – те ж саме, але з додатковими муфтами.

Порядок виконання роботи:

Завдання 1.

1. Підвісити на нитку тіло масою 0,10кг. Сумістивши його з верхньою поділкою лінійки, дайте йому можливість опускатись. За допомогою секундоміра виміряйте час опускання. Дослід виконайте тричі.

2. Виміряти радіус шківа, висоту опускання .

3. Для середнього в трьох вимірюваннях часу опускання при сталій висоті обчислити момент інерції хрестоподібного маятника.

4. Повторити дії пп. 1 і 3 для тягарів 0,15 і 0,20 кг. Всі результати подати в таблиці 1.

Таблиця 1. Визначення момента інерції хрестоподібного маятника.

№	m	t	h	r	M	β	I0	ΔI0
1. 2. 3.	0,10 кг 0,15 кг 0,20 кг
Середні значення

5. Обчислити довірчий інтервал ΔІ₀ визначення І₀ при надійності 0,7. Кінцевий результат подати у вигляді: І₀ = < І₀ >_. ± ΔІ₀. Представити взірець розрахунків для m = 0,1 кг.

Завдання 2.

1. Міцно закріпити 4 муфти на стрижнях маятника на однакових відстанях R від осі обертання.

4. 2. Повторити дії завдання 1.

3. Розрахувати значення моменту інерції I за (4). Результати вимірювань і розрахунків подати в таблицю 2.

Таблиця 2.Визначення моменту інерції навантаженого маятника.

№	m	t	h	r	R	M	β		I	ΔI
1. 2. 3.	0,10 кг 0,15 кг 0,20 кг
Середні значення

Дайте відповідь на запитання:

1. Чи визначається розбіжність результатів вимірювань моменту інерції при різних використовуваних тягарях?

2. В чому причина розбіжності між розрахованим за (4) значенням і виміряним в завданні 2?

3. Чи можна за допомогою подібної лабораторної установки виміряти моменти інерції інших тіл?

Лабораторна робота № 6.