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

63 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

32497. ОБОРУДОВАНИЕ ШКОЛЬНОГО КАБИНЕТА ИНФОРМАТИКИ 59.5 KB
  Оборудование школьного кабинета информатики Введение в учебный план средней школы нового предмета Основы информатики и вычислительной техники потребовало разрешения проблемы обеспечения взаимодействия учащихся с ЭВМ. КВТ предназначен также для использования в преподавании различных учебных предметов трудового обучения в организации общественно полезного и производительного труда учащихся для эффективного управления учебновоспитательным процессом. КВТ может использоваться также и для организации компьютерных клубов учащихся других форм...
32498. УЧЕБНЫЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ ПО ИНФОРМАТИКЕ 90.5 KB
  Теория и методика обучения информатики УЧЕБНЫЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОСОБИЯ ПО ИНФОРМАТИКЕ. Некомпьютерные средства обучения информатике Понятие и дидактические функции технических средств обучения Еще основоположник классноурочной системы обучения Ян Амос Коменский отмечал: . Наиболее высокое качество усвоения достигается при непосредственном сочетании слова учителя и предъявляемого учащимся с помощью технических средств обучения ТСО изображения в процессе передачи учебной информации. Техническими средствами обучения называют проекционную...
32499. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПО КУРСУ ИНФОРМАТИКИ 49.5 KB
  В систему средств обучения наряду с учебниками учебными и методическими материалами и программным обеспечением для компьютеров входят и сами компьютеры образующие единую комплексную среду которая и позволяет учителю достигать поставленных целей обучения. Вот перечень основных компонентов рекомендуемой системы средств обучения информатике в школе: программнометодическое обеспечение курса информатики включающее как программные средства для поддержки преподавания так и инструментальные программные средства ИПС обеспечивающие учителю...
32500. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ ОРГАНИЗАЦИИ ОБУЧЕНИЯ ИНФОРМАТИКЕ В СРЕДНЕЙ ШКОЛЕ 68 KB
  Все это приемлемо и на уроках по информатике. Применение ИКТ может существенно изменять характер школьного урока что делает еще более актуальным поиск новых организационных форм обучения которые должны наилучшим образом обеспечивать образовательный и воспитательный процесс. Главный признак урока это его дидактическая цель показывающая к чему должен стремиться учитель. Цель  тип урока  содержание урока  методы  форму познавательной деятельности учащихся  результат Основные типы уроков: урок формирования знаний; урок закрепления...
32501. МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМНО-НАУЧНЫХ ПОНЯТИЙ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ И ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ 48 KB
  Теория и методика обучения информатики МЕТОДЫ И ПРИЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ СИСТЕМНОНАУЧНЫХ ПОНЯТИЙ НА УРОКАХ ИНФОРМАТИКИ И ВО ВНЕУРОЧНОЕ ВРЕМЯ. Методы и приемы формирования системноинформационных понятий на уроках информатики и во внеурочной работе со школьниками Философские аспекты современного школьного курса информатики Проблема существования и бытия человека в полностью технизированном и информатизированном мире не могла не занимать философов что вызвало к жизни концепцию информационного общества. Пропедевтика методов системного анализа...
32502. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКИ, МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 84.5 KB
  Теория и методика обучения информатики ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ИНФОРМАТИКИ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ. Общие методические рекомендации и принципы обучения информатике. Принцип освоения методики самообучения. Методы обучения с использованием ИКТ Методы обучения система взаимодействия преподавателя и обучаемого с использованием ИКТ обеспечивающая усвоение образовательной программы.
32503. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕРКИ И ОЦЕНКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ КОНТРОЛЯ. МОДЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ. ШКАЛЫ ОЦЕНОК 92.5 KB
  ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ. ОСНОВНЫЕ ФОРМЫ КОНТРОЛЯ. МОДЕЛЬ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ. В ходе контроля оценивается степень и уровень обученности.
32504. ПРЕПОДАВАНИЕ ПРОПЕДЕВТИЧЕСКОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ В НАЧАЛЬНЫХ КЛАССАХ СРЕДНИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ 58 KB
  Целью курса информатики в начальной школе является формирование первоначальных базовых понятий информатики что обеспечит дальнейшее создание информационной картины мира представлений о свойствах информации способах работы с ней формирование представления о компьютере как универсальной информационной машине развитие информационной культуры ребенка и интеллектуальных способностей учащихся. В соответствии с целями обучения информатике в начальной школе выделяется ряд задач на которые нужно опираться при проведении уроков информатики в...
32505. ПРЕПОДАВАНИЕ БАЗОВОГО КУРСА ИНФОРМАТИКИ В СРЕДНИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЯХ 47 KB
  Среди них: теория информации теория алгоритмов теоретическая кибернетика математическое и информационное моделирование дискретная математика искусственный интеллект и др. К аппаратным средствам относятся компьютеры технические средства хранения и отображения информации передачи данных по сетям. Она заключается в формировании представлений об информации информационных процессах как одного из трех основополагающих понятий: вещества энергии информации на основе которых строится современная научная картина мира. В этом отношении...