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

23074. Суб`єкти національної безпеки 37.5 KB
  Суб`єкти національної безпеки З конспекту. ТЕМА: Система національної безпеки України. Суб`єкти національної безпеки. Вимоги до системи національної безпеки.
23075. Вимоги до системи національної безпеки 33 KB
  Вимоги до системи національної безпеки З конспекту Кожна країна створює певну систему органів які могли б реагувати на загрози така система називається системою національної безпеки. Система забезпечення національно міжнародної безпеки включає певну діяльність органів по підтримці стану захищеності. Наявність механізмів які забезпечують стан безпеки. Система національної безпеки – наявність певних органів тільки обмежена територією певної країни.
23076. Роль та повноваження органів спеціальної компетенції в системі забезпечення національної безпеки України 69.5 KB
  Роль та повноваження органів спеціальної компетенції в системі забезпечення національної безпеки України. Національний банк України відповідно до основних засад грошовокредитної політики визначає та проводить грошовокредитну політику в інтересах національної безпеки України; міністерства Служба безпеки України та інші центральні органи виконавчої влади в межах своїх повноважень забезпечують виконання передбачених Конституцією і законами України актами Президента України Кабінету Міністрів України завдань здійснюють...
23077. Вимірювання напруг при механічних деформаціях поляризаційним методом 447 KB
  Різницю фаз Δ що виникає між двома взаємно перпендикулярними лінійнополяризованими хвилями визначають за формулою 16 де λ довжина хвилі; σ1 σ2 головні нормальні напруги; d товщина деталі; с стала фотопружності яка залежить від матеріалу деталі. Таким чином при постійній товщині зразка лінії однакового зсуву фаз відповідають лініям однакових різниць нормальних напруг або лініям рівних максимальних дотичних напруг оскільки максимальна дотична напруга τmax пов'язана з...
23078. Дослідження анізотропних кристалів під поляризаційним мікроскопом 458 KB
  Прилади: поляризаційний мікроскоп клин або компенсатор Берека набір шліфів і пластинок з одновісних та двовісних кристалів вирізаних під різними кутами до оптичної осі. Різниця яку вносить пластинка залежить від її товщини матеріалу зразка та орієнтації оптичної осі відносно зрізу. Форма і розміщення ізохромат залежать від напряму оптичної осі відносно зрізу товщини зразка і довжини хвилі Форма і розміщення ізогір залежать від орієнтації осі відносно зрізу і взаємного положення поляризатора та аналізатора. Для пластинки вирізаної...
23079. Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників за допомогою компенсатора Бабіне 278.5 KB
  Відомо що лінійнополяризоване світло яке падає на межу поділу діелектрик провідне середовище після відбиття перетворюється на еліптичнополяризоване крім того випадку коли напрям коливань електричного вектора лежить в площині падіння або в перпендикулярній площині. Вимірюючи параметри еліптичнополяризованого світла а саме; зсув фаз Δ між р та s складовими електричного вектора відбитої хвилі азимут відновленої поляризації ψ а також кут падіння світлової хвилі на площину дзеркала φ можна обчислити оптичні сталі n і κ з співвідношень...
23080. Вимірювання оптичних сталих металів та напівпровідників фотоелектричним методом Бітті 933.5 KB
  Якщо поляризатор утворює з площиною падіння кут β а аналізатор кут α то електричний вектор після проходження світлом поляризатора відбиття від зразка та проходження через аналізатор складатиметься з двох проекцій р та s компонент зсунутих по фазі одна відносно іншої. Проекції р та s компонент на площину аналізатора визначають з формул де α – кут між площиною коливань в аналізаторі і р площиною А0 амплітуда коливань пропущених поляризатором; rp rs амплітудні коефіцієнти відбиття для р та...
23081. Визначення залежності ступеня поляризації стопи від кута паління та числа пластин за допомогою поляриметра Корню 391 KB
  Визначення залежності ступеня поляризації стопи від кута паління та числа пластин за допомогою поляриметра Корню. Ступінь поляризації залежить від кута падіння на межу поділу і відносного показника заломлення. Для світла що проходить значної поляризації при одноразовому проходженні досягти неможливо тому звичайно використовують стопу набір з кількох пластин. Ступінь поляризації частково поляризованого світла визначається за формулою 7 де і максимальна та мінімальна...
23082. Дослідження залежності зсуву фаз від кута падіння при повному відбитті за допомогою компенсатора Сенармона 894.5 KB
  Дослідження залежності зсуву фаз від кута падіння при повному відбитті за допомогою компенсатора Сенармона. Теоретичні відомості Світло що відбивається від межі поділу двох середовищ з різною оптичною густиною проходить у середовище з меншої густиною лише при кутах падіння менших деякого граничного кута якай можна знайти за формулою φгр = arcsin n 10 де n показник заломлення другого середовища відносно першого. При куті падіння φгр кут заломлення у другому...