Опис установки

Прилад складається з махового колеса, насадженого на вал, і відлікової лінійки (рис. 2).

Е кспериментальна установка складається із махового колеса 4, яке закріплене на валу 2. До валу прив’язана нитка 1, яка закріплюється на кронштейні 5. На вал намотується нитка, вал піднімається і фіксується у верхньому положенні електромагнітом 6. Коли натиснути кнопку “Пуск” махове колесо починає рухатись, а на табло іде відлік часу. Як тільки махове колесо перетинає світловий промінь фотодатчика 7 електронний секундомір зупиняється і на табло висвітлюється час руху махового колеса. Якщо в результаті руху до повного розмотування шнура вантаж проходить відстань h₁, то це означає, що в початковий момент руху система мала потенційну енергію.

(5)

Потенційна енергія витрачається на подолання сили тертя і збільшення кінетичної енергії системи

, (6)

де - кінетична енергія поступального руху вантажу в нижній точці шляху;

- кінетична енергія обертального руху махового колеса в момент, коли вантаж знаходиться в нижній точці;

F_тр.h₁ – робота з подолання сили тертя.

Силу тертя можна визначити, якщо прийняти, що, обертаючись за інерцією, махове колесо піднімає вантаж m на висоту h₂ < h₁.

При цьому потенційна енергія системи дорівнює

. (7)

Втрата потенційної енергії системи буде дорівнює роботі, витраченої на подолання сили тертя:

. (8)

Із формули (8)

. (9)

Підставивши формулу (9) у формулу (8), визначимо момент інерції махового колеса:

,

,

(10)

Швидкість вантажу в нижній точці визначаємо за формулою

, (11)

, (12)

де t – час опускання вантажу.

Кутова швидкість вала , (13)

де r – радіус вала.

Підставимо формулу (12) у формулу (13):

, (14)

де d – діаметр вала.

Підставивши формули (12) і (14) у формулу (10), одержимо:

=

(15)

.

Порядок виконання роботи

1. Вимірити штангенциркулем діаметр вала d.

2. Відзначити за шкалою найнижче положення вантажу (m)l₂.

3. Намотати шнур на вал і відзначити за шкалою найвище положення вантажу l (при цьому маховик повинен закріпитися на магніті) .

4. При верхньому положенні вантажу l₁ відпустити маховик і включити секундомір натисканням клавіші «пуск». Коли шнур розмотається і вантаж буде в нижньому положенні l₂, за секундоміром визначити час опускання вантажу t .

5. Записати нове положення вантажу l₃, коли він піднімається, .

6. Вимір повторити три рази і дані вимірів записати в табл. 3.

7. За формулою (15) підрахувати момент інерції махового колеса.

8. Абсолютна похибка виміру .

9. Середньоквадратична похибка .

10. Довірчий інтервал вимірюваної величини , де t_p,n – коефіцієнт Стьюдента (див. додаток) , Р =0,95, n – число вимірів.

11. Відносна похибка вимірів .

12. Остаточне значення моменту інерції махового колеса при р=0,95.

Таблиця 3

№

d, м

m, кг

L1, м

L2, м

h1, м

l3, м

h2, м

t, c

I, кг∙м2

Icp, кг∙м2

∆Ii, кг∙м2

(∆Ii)2, кг∙м2

S(I), кг∙м2

εI, кг∙м2

I, кг∙м

, %

1 2 3

Icp εI при р=0,95