11272

Определение моментов инерции тел на приборе Обербека

Лабораторная работа

Физика

Определение моментов инерции тел на приборе Обербека Методические указания к лабораторной работе № 10А по физике Раздел Механика Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения момента инерции на приборе Обе

Русский

2013-04-05

255.5 KB

60 чел.

Определение моментов инерции тел

на приборе Обербека

Методические указания к лабораторной работе № 10-А по физике

(Раздел «Механика»)

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения момента инерции на приборе Обербека.

Методические указания предназначены для студентов инженерных специальностей всех форм обучения в лабораторном практикуме по физике (раздел «Механика и молекулярная физика»).

Печатается по решению методической комиссии факультета

«Нанотехнологии и композиционные материалы»

Научный редактор проф., д.т.н. В.С. Кунаков

© Издательский центр ДГТУ, 2009

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10-А

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТЕЛ

НА ПРИБОРЕ ОБЕРБЕКА

Цель работы:  ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ТЕЛ НА ПРИБОРЕ ОБЕРБЕКА

Оборудование: экспериментальная установка, секундомер.

Теоретическая часть.

 

Маятник Обербека (рис. 1) состоит из шкива радиуса  и четырёх крестообразно расположенных тонких стержней, укреплённых на одной горизонтальной оси. По стержням можно перемещать и закреплять в нужном положении четыре дополнительных груза одинаковой массы . Маятник приводится во вращательное движение при помощи груза массы , прикреплённого к шнуру, намотанному на шкив.

При разматывании нити груз  опускается, пройдя расстояние , измеряемое по шкале. Определив время падения, можно найти ускорение, с которым падает груз:     .     (1)

Запишем второй закон Ньютона для груза  в проекции на направление движения:

   ,    (2)

где - сила тяжести, - сила натяжения нити.

На шкив действует сила , под действием которой он совершает вращение с угловым ускорением

.                                (3)

Поскольку по третьему закону Ньютона , можно записать, что момент силы, вращающий шкив, равен                             

.                 (4)

Рис. 1

Запишем основное уравнение динамики вращательного движения

   ,                    (5)

где - момент инерции вращающейся системы тел маятника Обербека.

Подставляя в уравнение (5) из (4) и  из (3) , получаем

.

Учитывая, что радиус шкива равен половине его диаметра, т.е. , получаем окончательную формулу для вычисления момента инерции системы

.                       (6)

Для нахождения моментов инерции  грузиков  необходимо найти момент инерции нагруженной системы  и момент инерции ненагруженной системы :  

=-                     (7)

Задание 1.  Определение момента инерции нагруженной системы

  1.  Насадить на крестовину (рис. 1) симметрично четыре груза  на одинаковом расстоянии от центра (по заданию преподавателя).
  2.  Намотать нить на шкив так, чтобы груз  находился на определённой высоте .
  3.  Занести в таблицу 1 величины, указанные на установке (, , ), а также  и , и их абсолютные погрешности.
  4.  Отпустить груз и определить время падения его  с заданной высоты. Измерения повторить несколько раз. Результаты занести в таблицу 2.
  5.  По  формуле (6) по среднему значению времени  определить момент инерции , результат занести в таблицу 1.
  6.  Вычислить относительную и абсолютную погрешности по формулам:

,    (8)

.                     (9)

7. Занести значения погрешностей в таблицу 1.

Таблица 1

кг

кг

м

м

м

кг.м2

кг.м2

кг.м2

кг.м2

Таблица 2

пп

с

с

 с

 с

с2

 с

  с

  с

  с

1

2

3

4

5

Ср

Задание 2.  Определение момента инерции ненагруженной системы

  1.  Снять грузики  с крестовины.
  2.  Намотать нить на шкив так, чтобы груз  находился на той же высоте .
  3.  Отпустить груз и определить время падения . Измерения повторить несколько раз. Результаты занести в таблицу 2.
  4.  Произвести статистическую обработку времени по методу Стьюдента (таблица 2).
  5.  По формуле (6) по среднему значению времени  определить момент инерции , результат занести в таблицу 1.
  6.  Вычислить погрешности по формулам (8) - (9), заменив  на ,  на ,  на . Результаты занести в таблицу 1.

Задание 3. Определение момента инерции четырёх грузиков

По формуле (7) определить момент инерции  четырёх грузиков. Результат занести в таблицу 1.

Задание 4. Теоретическое определение момента инерции грузиков

  1.  Считая грузики  материальными точками, рассчитать их момент инерции по формуле

.                (10)

  1.  Занести результат в таблицу 1. Сравнить и  .
  2.  Вычислить относительную и абсолютную погрешности по формулам:

;

.

  1.  Занеси значения погрешностей в таблицу 1.

Контрольные вопросы

  1.  Что называется моментом инерции материальной точки?
  2.  Что называется моментом инерции твёрдого тела? От чего он    зависит?
  3.  Момент инерции тел простейшей формы относительно оси, проходящей через центр инерции.
  4.  Физический смысл момента инерции.
  5.  Что называется моментом силы?
  6.  Вывести рабочую формулу для определения момента инерции.
  7.  Записать основной закон динамики вращательного движения.
  8.  Теорема Штейнера.
  9.  Найти момент инерции однородного шара радиусом  и массой  относительно оси вращения, проходящей по касательной к поверхности шара.
  10.  Вывести формулу относительной погрешности для момента инерции.

Рекомендуемая литература

  1.  Савельев И.В. Курс общей физики (т.1). М.: Наука, СПб.: Лань, 2006.
  2.  Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш. Шк., 2004.
  3.  Справочное руководство по физике. Ч.1. Механика, молекулярная физика, электричество, магнетизм: Учеб.-метод. пособие.-Ростов н/Д: Издательский центр ДГТУ, 2008.

Техника безопасности

  1.  К работе с установкой допускаются лица ознакомленные с её устройством и принципом действия.
  2.  Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать её только на горизонтальной поверхности.

Составители: С.И. Егорова, И.Н. Егоров, Г.Ф. Лемешко, В.С. Кунаков

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТЕЛ

НА ПРИБОРЕ ОБЕРБЕКА

Методические указания к лабораторной работе № 10-А по физике

(Раздел «Механика»)

Редактор А.А.Литвинова

В печать

Объём 0,7 усл.п.л. Офсет. Формат 60х84/16.

Бумага тип №3. Заказ №       . Тираж          . Цена           

Издательский центр ДГТУ

Адрес университета и полиграфического предприятия:

344010, г.Ростов-на-Дону, пл.Гагарина,1.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

27893. Правила техники ТБ в аккумуляторном участке 105.5 KB
  Определение допустимого износа. При этом следует иметь в виду что детали с допустимыми износами можно использовать при КР только в том случае если требуемая точность при сборке сопряжений обеспечивается применением методов регулирования или групповой взаимозаменяемости. Для определения величины допустимого износа детали необходимо знать ее предельный износ. Дет достигшую предельного износа восстанавливают или заменяют новой.
27894. Устранение дефектов деталей пластическим деформированием 80.5 KB
  Технология восстановления: подготовка к деформированию деформирование обработка после деформирования 1 Подготовка включ в себя отжиг или высокий отпуск если холодное деформирование; или нагрев детали если горячее деформирование I нагрева не должна вызывать пережога или перегрева Ме 2 Стальные детали с НК.С 2030 или детали цветных Ме сплавов деформируют в холодном состоянии Для всех остальных случаев проводится термообработка перед холодным деформированием или нагрев перед горячим 3 Механическая обработка восстх повей до...
27895. Диагностирование системы питания двигате 42 KB
  Обкатка=приработкаиспытание. Приработка это активный процесс изменения макро и микро геометрии физмех свойств трущихся поверхностей с целью скорейшего достижения оптимальных параметров для последующего восприятия нагрузок. Приработка происходит в 2 этапа: 1приработка стендовая 2 часа; 2приработка в начальный период эксплуатации 3040 часов. Стендовая приработка: вызывается необходимостью подготовки ДВС к восприятию эксплуатационных нагрузок и повышению его долговечности.
27896. Назначение, принципиальное устройство и газового редуктора системы питания двигателя на сжиженном газе 46 KB
  3 Силы действующие на автомобиль и силовой баланс автомобиля. Вторую группу составляют: Mf1 Mf2 моменты сопротивления качению колес автомобиля; Fв сила сопротивления воздуха; Fi сила сопротивления подъему; Fjx сила сопротивления поступательному ускорению масс автомобиля; Fnx продольная составляющая силы сопротивления прицепа. У одиночного автомобиля сила сопротивления прицепа отсутствует. К третьей группе относятся: Rz1 Rz2 нормальные реакции дороги; Ga cos α нормальная составляющая веса автомобиля; Fпz нормальная...
27897. Определение трудоёмкости по видам работ 39 KB
  К постовым относятся работы по ТО и ТР выполняемые непосредственно на а м моечные уборочные смазочные крепёжные диагностические и т. Работы по проверке и ремонту узлов механизмов и агрегатов снятых с автомобиля выполняются на участках агрегатном слесарномеханическом электротехническом и т. Для формирования объёмов работ выполняемых на постах зон ТО ТР и производственных участках а также определения числа рабочих по специальности производится распределение годовых объёмов работ ТО1 ТО2 и ТР по их видам в а затем в...
27898. Основные виды нормативов системы ТО и Р. Корректирование нормативов 37.5 KB
  Регулирование естественных монополий на транспорте Любая естественная монополия на транспорте заинтересована в увеличении цен на предлагаемые услуги формируя тарифы по затратному принципу. Новым качественным подходом к системе управления в области транспорта является создание новой системы государственного регулирования в сфере естественных монополий на транспорте. Для реализации этого нового подхода к управлению и регулированию была создана Федеральная служба России по регулированию естественных монополий на транспорте. К деятельности...
27899. Организация поста по ТО газобаллонной аппаратуры 83.5 KB
  втулки из цветных Ме отверстия в проушинах рулевых сошек рычагов поворотных цапф и тд. Для обжатия втулок из цветх Ме используют приспособление с конусной матрицей в холодном состоянии Проушину сошки нагревют до г=900Т. 3 Причины преждевременного износа и разрушения а м шин.
27900. Диагностирование тормозных качеств а/м. Параметры. Оборудование 47 KB
  К первой группе относятся: тормозной путь и замедление автомобиля тормозные силы и их разность на колесах каждой оси ко второй сила нажатия на педаль скорость нарастания и спада тормозных сил время срабатывания тормозных механизмов хода штоков тормозных камер свободный ход педали производительность компрессора и некоторые другие. Перечисленные диагностические параметры измеряют: путем ходовых испытаний на дороге; в процессе эксплуатации встроенными средствами диагностирования; в стационарных условиях при помощи тормозных...
27901. Диагностирование а/м по мощностным и экономическим показателям. Устройство стендов 50 KB
  Исследования показывают что до 30 автомобилей АТП эксплуатируют со значительным недоиспользованием мощности и перерасходом топлива. После диагностирования и устранения обнаруженных неисправйостей средняя максимальная сила тяги увеличилась а средний контрольный расход топлива уменьшился в среднем на 13 кроме того значительно снизилось рассеивание этих показателей. Восстановление колесной мощности автомобиля повышает его среднюю скорость движения а следовательно и производительность работы а м а также снижает расход топлива. На этих...