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

20738. Линейные отображения (операторы). Матрица линейного оператора. Собственные векторы и собственные значения. Характеристическое уравнение 147 KB
  Матрица линейного оператора. Ядром линейного оператора называется Образом линейного оператора называется Ядро Образ Теорема. Каждый вектор разложим по базису B: Столбцы матрицы линейного оператора представляют собой координатные столбцы образов базисных векторов относительно данного базиса.АBfматрица линейного оператора.
20739. Ранг матрицы 107.5 KB
  Вопрос №11 Ранг матрицы. Столбцевым рангом матрицы называют ранг системы столбцов. Строчечным рангом матрицы называют равный столбцевому для произвольной матрицы. Согласно теореме можно говорить просто о ранге матрицы не уточняя о ранге системы строк или столбцов идет речь.
20741. Решение системы линейных уравнений методом последовательного исключения переменных. Структура множества решений системы линейных уравнений 50.5 KB
  Решение системы линейных уравнений методом последовательного исключения переменных. Структура множества решений системы линейных уравнений Метод Жордана – ГауссаМЖГ. Каждое элементарное преобразование системы является равносильным Докво: 1 – равносильное преобразование. x1xn – решение Каждому элементарному преобразованию СЛАУ соответствует элементарное преобразование строк расширенной матрицы системы.
20742. Кольцо. Примеры колец. Простейшие свойства колец. Подкольцо. Гомоморфизмы и изоморфизмы колец 128 KB
  Подкольцо. Алгебра называется кольцом если: 1 абелева группа. Если ассоциативный группоид полугруппа то ассоциативное кольцо. Если моноид существует то ассоциативное кольцо с единицей.
20743. Векторное (линейное) пространство. Линейная зависимость и независимость системы векторов. Базис и ранг конечной системы векторов. Базис и размерность векторного пространства 63.5 KB
  Векторноелинейноепространство. Совокупность всех nмерных векторов образует nмерное пространство ОПР2:S={a1a2ak} произвольная система векторов nмерного пространства Система векторов называется линейно зависимой если не все равны 0такие чтодействительные числа1. Если 1 выполняется только в том случае когда все числа то система векторов называется линейно независимой. Свойства линейно зависимыхнезависимыхсистем: 1Система векторов S линейно зависима тогда и только тогда когда существует вектор линейно выражающийся через...
20744. Числовое поле. Поле комплексных чисел. Геометрическое представление комплексных чисел и операций над ними. Тригонометрическая форма комплексного числа 95.5 KB
  Поле комплексных чисел. Определение: Кольцо К называется полем если К – коммутативное кольцо 0к ≠ 1к Для любого х є К=К {0к} существует х1 є К. хх1 = х1х = 1к любой ненулевой элемент обратим Замечание: В поле любой ненулевой элемент обратим поэтому можно определить операцию деления и частного двух элементов.
20746. Простые числа. Бесконечность множества простых чисел. Каноническое разложение составного числа и его единственность 44.5 KB
  Определение: Всякое натуральное число p 1 не имеющее других натуральных делителей кроме 1 и p называется простым числом. Наименьшее простое число – 2. 1 Если p 1 является наименьшим делителем целого числа n 1 то оно простое число p. 2 Если произведение где p – простое число то по крайней мере либо либо .