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 Изучение кинематики и динамики поступательного движения с помощью машины Атвуда

Цель работы: 1.Изучить кинематику поступательного движения твёрдых тел с помощью машины Атвуда. Определить ускорение свободного падения.

2.Получить экспериментальное подтверждение второго закона Ньютона.

Описание экспериментальной установки

Машина Атвуда состоит из шкалы с сантиметровыми делениями, в верхней части которой расположены колодки для крепления электромагнитного пускателя. На обратной стороне шкалы расположены две токоведущие шины для управления пускателей и электронного секундомера; в верхней части шкалы - узел блока, через который перекинута нить, на которой крепятся грузы (см. рис. 1, 2).

П ри переводе тумблера в положение "ВКЛ" цепь электронного секундомера размыкается, а цепь электромагнитного пускателя замыкается. При этом нить с грузами зажимаются электромагнитом. При переключении тумблера в положение "ПУСК" цепь электромагнита размыкается и якорь электромагнита вместе с контактами тумблера замыкают цепь электронного секундомера. Одновременно с началом движения грузов начинается отсчёт времени падения. Когда груз достигает конечного включения , который в начале опыта замкнут, контакты и цепь электронного секундомера размыкаются и отсчёт времени прекращается.

Задание 1. Определение ускорения свободного падения Теоретическое описание работы

П

Рис.1

Рис.2

ринцип работы прибора основан на действии законов кинематики и динамики поступательного движения. Если рассмотреть движение грузов на нитях без учёта сил трения в блоке, а также считать, что нить невесома и нерастяжима, то движение грузов на отрезке ₀ должно быть равноускоренным, а на отрезке S после снятия перегрузка - равномерна (см. рис.1).

Если к нити прикрепить грузы одинаковой массы , то система будет в равновесии. При добавлении к одному из грузов перегрузка массой грузы прийдут в движение. В этом случае изменение потенциальной энергии равно изменению кинетеческой энергии поступательного движения грузов и вращательного движения блока.

. (1)

где - угловая скорость, - высота, на которую спустится груз до снятия перегрузков; -скорость в конце пути S₀.

С учётом этих выражений, следует, что:

. (2)

Слагаемым можно пренебречь, ввиду его малости в сравнении с .

Тогда:

. (3)

Ускорение можно определить из следующих кинематических уравнений:

• путь при равноускоренном движении , а скорость в конце этого пути , где - время движения на участке пути ;

• путь при равномерном движении , где - время движения на участке .

Решая эти уравнения, получим:

. (4)

Подставляя (4) в (3), получим формулу для вычисления

. (5)