3.3. Измерение кинематических характеристик
3.3.1. Включите сеть и питание электромагнита. Подвесьте шарик на электромагнит.
3.3.2.
Выключив
питание электромагнита, шарик упадет
на стержень и приведет во вращательное
движение стержень. В этот момент включите
секундомер и замерьте время
вращения стержня до полной остановки
стержня, количество оборотов
и расстояние
от оси вращения до места удара шарика
о стержень.
3.3.3. Опыт по измерению времени вращения и числа оборотов стержня повторите не менее пяти раз. Найти среднее значение этих величин и по ним рассчитать искомые характеристики. Данные занести в табл. 6.1. Значение высоты шарика указано на установке.
3.3.4. Определите кинематические характеристики шарика и стержня: – линейную скорость шарика перед ударом по формуле (6.1); – начальную угловую скорость стержня после удара пол формуле (6.6); – угловое ускорение стержня по формуле (6.8).
Таблица 6.1
Результаты измерения времени и числа оборотов стержня
и расчета кинематических величин шарика и стержня
№ п.п. |
t |
|
|
|
r |
|
|
|
|
с |
с |
обор. |
обор. |
м |
м |
м/с |
с–1 |
с–2 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||||||
3 |
|
|
|
||||||
4 |
|
|
|
||||||
5 |
|
|
|
3.4. Расчет динамических характеристик стержня и шарика
3.4.1.
Рассчитайте:
– экспериментальное значение момента
инерции стержня относительно оси
вращения по формуле (6.5);
– теоретическое значение момента
инерции стержня относительно оси
вращения по формуле
,
где
– масса стержня;
– длина стержня;
– ширина стержня (рис. 6.1).
Значение
массы шарика
и массы стержня
приведено в паспорте установки. Линейные
размеры стержня ℓ1
и ℓ2
измерить с помощью линейки и штангенциркуля.
Сравните экспериментальное и теоретическое значения момента инерции стержня и рассчитайте относительное расхождение между ними в процентах:
;
3.4.2.:
Используя формулу (6.3), рассчитайте:
момент импульса шарика
относительно оси вращения перед ударом;
момент импульса
стержня относительно оси вращения.
Сравнить значения
и
.
3.4.3.
Используя
формулу (6.4), рассчитайте:
– кинетическую энергию шарика перед
ударом и
– начальную кинетическую энергию
стержня после удара. Сравните
и
.
3.4.4.
Определите
момент сил
трения в оси вращения по формуле (6.9).
Значение момента инерции стержня принять
равным экспериментальному значению
.
3.4.5.
Рассчитайте
работу
сил трения в оси по формуле (6.10).
Заполните табл. 6.2. по данным расчетов динамических характеристик.