Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Фізика 1-10 лаб..doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
14.11.2019
Размер:
16.76 Mб
Скачать

Момент інерції обчислюють за робочою формулою

. (9.4)

Експериментальна установка: Експериментальна установка (Рис.2.4) складається з основи, на якій встановлені блок живлення та керування і стійка, в верхній та нижній частинах якої закріплені дві консолі із спеціальними зажимами для натягування пружних дротів, що між ними підвішена рамка з моментом інерції JХ, в якій закріплюється пробне тіло. Рамка має спеціальний «прапорець» з магнітного матеріалу. На стійці змонтована ще одна консоль, на якій розташовані електромагніт, електооптичний датчик блока живлення і керування і шкальний пристрій для визначення кута відхилення рамки від рівноважного положення.

Н а передній панелі блока живлення та керування знаходяться: кнопка «Мережа(Сеть)» для вмикання установки, кнопка «Сброс» для установки на нуль показань цифрових індикаторів, кнопка «Пуск» для початку вимірювань, кнопка «Стоп» для зупинки процесу вимірювання, цифрові індикатори числа коливань маятника і часу коливань.

Установка працює таким чином:

В початковому(до включення) - рівноважному стані рамка розташована так, щоб оптична вісь датчика знаходилась в площині рамки, а прапорець – між освітлювачем і приймачем датчика; після приєднання блока живлення та індикації до електричної мережі і включення його натисканням кнопки «Мережа(Сеть)», встановнюють на нульові позначки цифрові індикатори натисканням кнопки «Сброс», і при цьому включається електромагніт, а кнопка «Пуск» повинна бути у відтиснутому стані; повертають рамку таким чином, щоб прапорець був притягнутий електромагнітом і надали його положення було зафіксоване; при натисканні кнопки «Пуск» живлення електромагніту відключається, рамка починає рухатись, здійснюючи вільні коливання, а секундомір блока живлення та керування починає відлік часу коливань; в процесі коливань прапорець рамки перетинає оптичне коло датчика, включаючи лічильник кількості періодів коливань, число яких висвітлюється індикатором; процес вимірювання зупиняється натисканням кнопки «Стоп» .

Хід виконання роботи

Завдання 1.Визначення величини моменту інерції тіла складної геометричної форми(рамки крутильного маятника).

1. Вимірювання періоду коливань рамки без пробного тіла:

    1. Приєднати установку до електричної мережі 220 В , 50 Гц і ввімкнути блок живлення та індикації, натиснувши кнопку «Мережа(Сеть)»;

    2. Встановити на нульові позначки цифрові індикатори натисканням кнопки «Сброс», а кнопка «Пуск» повинна бути у відтиснутому стані;

    3. Повернути рамку таким чином, щоб прапорець був притягнутий електромагнітом і надали його положення було зафіксоване;

    4. Почати вимірювання часу коливань натисканням кнопки «Пуск»;

    5. Відрахувати за показаннями індикатора задане число періодів коливань ( =1020) і виключити лічильник і секундомір натисканням кнопки «Стоп»; Увага! Кнопку «Стоп» слід натискати після того, як лічильник покаже число на одиницю менше заданого ( -1), секундомір виключиться автоматично після виконання коливань;

    6. Виміри повторити 5-7 разів і занести в Таблицю 1.4;

2. Вимірювання періоду коливань рамки із пробним тілом:

2.1. Закріпити пробне тіло в рамці;

    1. Виконати вимірювання відповідно до п.п.1.2-1.6.

Таблиця 1.4

№ п/п

(сек)

(сек)

m (кг)

1

2

3

4

5

J0

Δ J0

JХ

Δ JХ

  1. Момент інерції пробного тіла розраховується за формулами (6.4-8.4) в залежності від геометричної форми тіла.

  2. Довірчі межі похибок вимірів маси й геометричних розмірів пробного тіла визначаються за правилами обробки прямих вимірів. Невиключені залишки систематичних похибок  прийняти рівними інструментальній похибці приладів.

5. Довірчі межі найбільшімовірних значень моменті інерції пробних тіл визначаємо за формулами

для кільця ,

для суцільного циліндра та кулі .

6. Момент інерції рамки розраховується за формулою (9.4);

7. Довірчі межі найбільшімовірних значень моменту інерції рамки визначаємо за формулою

.

Завдання 2. Визначення величини моменту інерції тіла в залежності від його положення відносно вісі обертання.

Увага! Завдання 2 виконується виключно під орудою викладача або майстра виробничого навчання(лаборанта).

П

ри відомому значенні моменту інерції рамки маятника, рамку можна використовувати в якості пробного тіла і знаходити моменти інерції інших тіл, що можуть бути закріплені в рамці, за формулою (9.4).

В якості досліджуваних тіл (Рис.3.4) використовуються спеціальні тіла, які мають відповідні конструктивні елементи (отвори), що дозволяє закріплювати їх в рамці в різних положеннях.

  • Закріпити в рамці маятника досліджуване тіло;

  • Виконати вимірювання за п.п.2.2 ;

  • Результати вимірювань занести в Таблицю 1;

  • Визначити значення моменту інерції тіла JХ за формулою (9.4), прийнявши значення J0 – величину моменту інерції рамки, знайдене при виконанні Завдання 1;

  • Довірчі межі найбільшімовірних значень моменту інерції тіла визначаємо за формулою

.

  • З

    мінюючи положення досліджуваного тіла в рамці відносно вісі обертання можна перевірити справедливість теореми Штайнера, яка стверджує, що момент інерції тіла J(а) відносно вісі, що паралельна тій, яка проходить через центр мас тіла і знаходиться від неї на відстані а, дорівнює сумі величини момента інерції тіла відносно вісі, яка проходить через центр мас, і добутку маси М цього тіла на квадрат відстані від цієї вісі

.

  • Теорему Штайнера можна вважати справедливою, якщо при зміщенні центру мас досліджуваного тіла на відстань а відносно вісі обертання маятника, між визначеним значенням моменту інерції J(а) і величиною а2 буде спостерігатись лінійна кореляція (Рис.4.4.).

обробка результатів вимірювання може бути виконана із застосуваням програмних систем Excel, Мсad, ORIGIN та інш.; приклад використання Мсad для знаходження величини прискорення вільного падіння наведений в методичному посібнику 5.4.