II. Приборы и принадлежности:

Крестообразный маховик, набор цилиндрических грузов (4шт.), надеваемых на спицы маховика. Набор гирь для подвешивания к нити. Штангенциркуль. Длинная миллиметровая линейка. Электросекундомер.

III. Выполнение работы

Описание установки.

Крестообразный маховик состоит из четырёх стержней, ввинченных во втулку (1), под прямым углом друг к другу. Втулка насажена на вал, закреплённый в подшипниках, рядом со шкивом (2), на который наматывается нить с подвешенной к нему гирей (3).

Высота, с которой падает гиря, измеряется при помощи линейки (5).

К стержням маховика шпильками крепятся цилиндрические съёмные грузики (4) по одному на каждом стержне, массой т=250г каждый .

Время опускания гири (3) определяется с помощью электросекундомера (6), пуск и остановка которого производится автоматически.

Для этого пружинящий контакт (7) поворачивается из вертикального (а) положения в горизонтальное (б), накрывая один из стержней маховика, и фиксируется в этом положении, с помощью контакта (8) поворачиваемого в горизонтальной плоскости из положения (а) в положение (б).

При этом контакты (7) и (8) замкнуты и секундомер отключён, а маховик удерживается от вращения контактом (7). Установка не действует.

Если с помощью нити (9) перевести контакт (8) в положение (а), контакт (7) при помощи пружины возвращается в положение (а), освобождая маховик.

Одновременно при размыкании контактов (7) и (8) включается секундомер. Он работает до удара гири по площадке (10), которая нажимает на кнопку (11), включенную в схему управления секундомера (для наглядности на рис.6 площадка приподнята).

Большая стрелка секундомера указывает десятые и сотые доли секунды, малая - целые секунды.

Для возвращения стрелки секундомера в исходное положение нужно нажать на кнопку (12), постоянно увеличивая нажим.

Ч тобы выяснить, чем определяется характер вращения тела вокруг неподвижной оси, возьмем тело в виде легкой крестовины, на концах которой закреплены равные массивные грузы т. Крестовина скреплена со шкивом, ось которого легко вращается в подшипниках. На шкив наматывается нить, к концу которой подвешена гиря массой m₁. Если отпустить гирю, крестовина придет во вращение со все возрастающей угловой скоростью, причем вращение будет равноускоренным (рис.7). Изменяя массу гири, радиус шкива r, массу грузов т и их расстояния от оси ращения, можно выяснить, что угловое ускорение

- прямо пропорционально натяжению нити Т и радиусу шкива r;

- обратно пропорционально массе грузов т и квадрату их расстояния R от оси вращения.

m₁ а = P - T, Р = m₁ g (14)

тогда

T= m₁ g - m₁ а = m₁(g-а) (15)

Сила ,с которой нить действует но обод шкива, равна по третьему закону силе , действующей на гирю.

Вращающий момент, приложенный к телу, равен поэтому:

(16)

В тоже время угловое ускорение:

(17)

Момент инерции маховика находим по формуле:

(18)

Ускорение а находят по времени t, в течение которого гиря m₁ опускается на высоту h:

т.к. (19)

(20)

Задание 1.

1. К концу нити подвешивают гирю известной массы.

2. Встав на подставку, проверяют свободно ли вращается вал маховика и поворачивая маховик от руки, наматывают на шкив нить, сняв предварительно грузы со стержней.

Внимание! Стержни маховика (6), проходя мимо контакта (7), должны двигаться вниз!

3. Переводят контакт (7), накрывая им один из стержней маховика. Сверху подводят контакт (8), соединяя участки контактов, свободные от изоляции.

Не прикасайтесь рукой к оголённым частям контактов!

4. Включив вилку секундомера в сеть, проверяют, заработает ли он при размыкании контактов (7) и (8) на короткое время.

a) Если секундомер не заработал, нажимают на кнопку (11) и повторяют проверку.

б) Если секундомер заработал, измеряют штангенциркулем диаметр шкива и высоту h гири над площадкой (10) линейкой (5).

5. Спустившись с подставки, кнопкой (12) устанавливают стрелку секундомера на нуль и при помощи нити (9) пускают установку.

6. После остановки секундомера опыт повторяют, отключают секундомер от сети и заносят в таблицу среднее значение времени падения гири с одной и той же высоты по данным двух измерений.

7. По формуле (19) находят линейное ускорение а; по формуле (16) -вращательный момент М; по формуле (17) - угловое ускорение маховика. Находят отношение вращающего момента к угловому ускорению:

.

8. Всё описанное повторяют ещё раз, подвесив к нити гирю иной массы.

9. Убеждаются, что различие между двумя найденными значениями отношения мало. Это отношение равно моменту инерции маховика без грузов. Находят его среднее арифметическое значение.

10. Результаты измерений и расчетов заносят в табл.2.

Таблица 2

m1 (кг)	h (м)	t (с)	(м/с2)	M	(с-2)	кг·м2 кгм2

Задание 2.

1. Измеряют диаметр втулки (1) штангенциркулем, а расстояние от её поверхности до центра отверстия, в котором будет закреплён один из грузов (14) стальной миллиметровой линейкой.

2. Закрепляют в отверстиях маховика по одному цилиндрическому грузику (4) на равных расстояниях от оси вращения.

3. Определяют момент инерции J_1ср. крестообразного маховика с грузами так же, как в первой части работы. Результаты измерений и расчётов записывают в таблицу, аналогичную таблице 2.

m1 (кг)	h (м)	t (c)	(м/с2)	M	(c-2)

4. Находят разность которая является экспериментально найденным значением момента инерции грузов.

5. Так как расстояние всех грузов R от оси одинаково, то расчетное значение их момента инерции:

6. Сравнивают экспериментальное и расчётное значение момента инерции грузов и убеждаются, что они мало отличаются друг от друга.

7. Определяют отклонение экспериментального значения момента инерции от расчётного: и принимая его за абсолютную погрешность, вычисляют относительную погрешность по формуле:

8. По окончанию работы грузики снять с маховика.