5.4.3. Определение момента инерции физического маятника в зависимости от распределения массы
1. Подвесить физический маятник на призму. Укрепить груз (диск) в крайнее нижнее положение.
2. Измерить время N полных колебаний физического маятника. Измерения провести три раза.
3. Найти
среднее значение времени
колебания маятника. Определить среднее
значение периода колебаний маятника
по формуле
.
4. Рассчитать
момент инерции
физического маятника по формуле (10), где
– масса
маятника с грузом,
–
расстояние от точки подвеса до центра
масс системы вычисляемая по формуле
,
– расстояние
от точки подвеса до центра масс груза.
Значения l
и g
взять из таблицы 13 и 12 соответственно.
5. Переместить груз во второе положение, затем в третье, четвертое и, наконец, в самое крайнее верхнее положение и проделать аналогично пп. 2 – 4 измерения и записать результаты в таблицу 14.
6. Построить график зависимости момента инерции от расстояния центра масс системы до точки подвеса физического маятника.
Таблица 14. Момент инерции физического маятника с грузом
№ изм. |
№ п/п |
m, г |
g, м/с2 |
t, c |
T, c |
lсист, см |
Iсист, кг·м2 |
1-е изм. |
1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
||||||
3 |
|
||||||
2-е изм. |
1 |
|
|
|
|
||
2 |
|
||||||
3 |
|
||||||
3-е изм. |
1 |
|
|
|
|
||
2 |
|
||||||
3 |
|
||||||
4-е изм. |
1 |
|
|
|
|
||
2 |
|
||||||
3 |
|
||||||
5-е изм. |
1 |
|
|
|
|
||
2 |
|
||||||
3 |
|
Контрольные вопросы
1. Что называют математическим маятником?
2. Что такое период колебания маятника? Как определить период колебаний математического маятника?
3. Почему при нахождении ускорения свободного падения измеряют время не одного, а нескольких колебаний?
4. Как выводится уравнение движения математического маятника в дифференциальной форме?
5. Как математически определяется возвращающая сила? Что означает знак «–» в уравнении движения математического маятника в дифференциальной форме?
6. Что называют физическим маятником? Как рассчитать период его колебания?
7. Что называют приведенной длиной физического маятника? Что называют центром качания?
8. Как формулируется теорема Штейнера?
9. Выведите формулы для периодов колебаний математического и физического маятников.
10. Как
направлены вектора момента силы тяжести
и углового ускорения
при движении маятника к положению
равновесия (от положения равновесия)?