11276

Изучение динамики вращательного движения с помощью маятника максвелла

Лабораторная работа

Физика

Изучение динамики вращательного движения с помощью маятника максвелла Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения момента инерции с помощью маятника Максвелла. Методические указания предназначены для студентов инженерных спе...

Русский

2013-04-05

231 KB

59 чел.

Изучение динамики вращательного движения с помощью маятника максвелла

Указания содержат краткое описание рабочей установки и методики определения момента инерции с помощью маятника Максвелла.

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, 2008


Лабораторная работа  №21

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА

Цель работы:  Определение момента инерции маятника Максвелла с учётом и без учёта силы трения, и сравнение его с теоретическим расчётом. Вычисление силы трения.

  Оборудование: экспериментальная установка.

  1.  Теоретическая часть.

Если маятник массы опускается с высоты , а поднимается на высоту , то можно сказать, что часть его потенциальной энергии расходуется на работу против сил трения, т.е.

.  (1)

Из этого уравнения получаем выражение для вычисления силы трения:

.   (2)

С другой стороны, потенциальная энергия маятника в верхней точке () превращается в нижней точке в кинетическую энергию поступательного движения (), вращательного движения () и в работу против сил трения (), т.е.

. (3)

Решаем совместно уравнения (1), (2), (3), учитывая, что  и , где - линейная скорость движения маятника,  - его угловая скорость вращения,  - радиус оси, на которую наматывается нить,  - время движения маятника до нижней точки.

 Получаем выражение для момента инерции маятника Максвелла с учётом силы трения:

.  (4)

Если рассмотреть идеальный вариант, т.е., когда , то , и мы получаем выражение для момента инерции маятника Максвелла без учёта силы трения:

.  (5)

  1.  Описание экспериментальной установки

На вертикальной стойке основания 1 (рис. 1) крепятся два кронштейна: верхний 2 и нижний 3. Верхний кронштейн снабжён электромагнитами и устройством 4 для крепления и регулировки бифилярного подвеса 5.

Маятник представляет собой диск 6, закреплённый на оси 7, подвешенной на бифилярном подвесе. На диск крепятся сменные кольца 8. Маятник со сменными кольцами фиксируется в верхнем исходном положении с помощью электромагнита. На вертикальной стойке 1 нанесена миллиметровая шкала, по которой определяется высота перемещения маятника. Фотоэлектрический датчик 9 закреплён с помощью кронштейна 3 в нижней части вертикальной стойки. Кронштейн 3 обеспечивает возможность перемещения фотодатчика вдоль вертикальной стойки и его фиксирования в любом положении в пределах шкалы (0 – 42 см). Фотодатчик 9 предназначен для передачи электросигналов на миллисекундомер 10, который выполнен самостоятельным прибором с цифровой индикацией времени и жёстко закреплён на основании 1.

  1.  Порядок выполнения лабораторной работы:

ЗАДАНИЕ 1.  Определение моментов инерции маятника Максвелла с учётом и без учёта силы трения. Определение силы трения.

  1.  Занести в таблицу 1 все известные величины и их абсолютные погрешности, указанные на установке, учитывая, что масса маятника , где - масса оси, - масса диска, - масса кольца.
  2.  Установить нижний кронштейн 3 с фотодатчиком 9 (рис. 1) на высоте , указанной преподавателем. Занести в таблицу 1.
  3.  Установить с помощью устройства 4 необходимую длину бифилярного подвеса таким образом, чтобы нижний край среза кольца маятника находился на 5 мм ниже оптической оси фотодатчика 9, а ось маятника занимала горизонтальное положение.
  4.  Включить в сеть шнур питания миллисекундомера.
  5.  Нажать на кнопку «сеть», расположенную на лицевой панели миллисекундомера, при этом должна загореться лампочка фотодатчика и цифровые индикаторы миллисекундомера.
  6.  Вращая маятник, зафиксировать его в верхнем положении при помощи электромагнита, при этом надо следить  за тем, чтобы нить наматывалась виток к витку.
  7.  Нажать кнопку «сброс» и убедиться, что на индикаторе устанавливаются нули.
  8.  При нажатии кнопки «пуск» на миллисекундомере электромагнит обесточивается, маятник раскручивается, миллисекундомер начинает отсчёт времени, а в момент пересечения маятником оптической оси фотодатчика отсчёт времени прекращается.
  9.  Произвести отсчёт времени хода маятника  по миллисекундомеру. Одновременно измерить высоту подъёма маятника . Повторить измерения 5 раз. Все значения  и  занести в таблицу 2.
  10.  Вычислить по формуле (2) силу трения (для среднего значения ).
  11.  Вычислить по формуле (4) момент инерции маятника  с учётом силы трения (для средних значений времени  и ).
  12.   Вычислить по формуле (5) момент инерции маятника без учёта силы трения (для средних значений времени  и ).
  13.  Результаты вычислений по формулам (2), (4) и (5) занести в таблицу 3.
  14.  Произвести статистическую обработку результатов измерения времени  и заполнить таблицу 2.
  15.  Вычислить относительные и абсолютные погрешности  по формулам (6) – (11) и занести в таблицу 3:

, (6)

;  (7)

,  (8)

  (9)

,   (10)

.    (11)

Таблица 1

Таблица 2

п/п

с

с

с2

с

-

с

с

с

1

2

3

4

5

Ср.

Таблица 3

ЗАДАНИЕ 2. Теоретический расчёт момента инерции маятника Максвелла.

1. Момент инерции маятника Максвелла  равен сумме моментов инерции оси , диска  и кольца :

=++,

где ,  ,  .

Результат занести в таблицу 3.

2. Сравнить теоретическое и экспериментальные значения момента инерции и объяснить результат.

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.  Вывести формулу для определения силы трения при движении маятника Максвелла.
  6.  Вывести формулу для определения момента инерции маятника Максвелла.
  7.  Записать основной закон динамики вращательного движения.
  8.  Теорема Штейнера.
  9.  Найти момент инерции однородного диска радиусом  относительно оси вращения, перпендикулярной плоскости диска и проходящей через его край.  
  10.  Чем обусловлена сила трения в данной работе?

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

ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА

Методические указания к лабораторной работе №21 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.


1

7

5

6

8

9

10

2

4

Рис. 1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45564. Исследования в оценке эффективности 47 KB
  Мориарти данные о влиянии PR на показатели сбыта и прибыли если оно имело место служат наиболее надежной оценкой эффективности этого вида маркетинговых коммуникаций Вопервых количество подготовленных информационных продуктов среди которых следует выделить базовые информационные продукты справка о результатах исследования стратегическая концепция тактический план сценарий акции рабочая смета и оперативные информационные продукты информационный пакет письмо релиз анонсы приглашения и т. Вовторых количество лиц...
45565. Международные органы саморегулирования в области PR. Международные профессиональные кодексы 51 KB
  МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ПАБЛИК РИЛЕЙШНЗ ИПРА Концепция Международной ассоциации ПР появилась в ноябре 1949г. Международная ассоциация ПР ИПРА была создана в Лондоне 1 мая 1955 г. Тогда же был официально принят ее Устав и избран Совет ИПРА. Сегодня ИПРА является всемирной профессиональной организацией которая служит катализатором развития высоких норм в области образования этики практики ПР.
45566. Структурный анализ активов и пассивов предприятия деятельности на ООО «Кавказстройсервис» 553.5 KB
  Собственники анализируют финансовые отчеты с целью поиска путей повышения доходности капитала, обеспечения стабильности положения фирмы. Кредиторы и инвесторы анализируют финансовые отчеты, чтобы минимизировать свои риски по займам и вкладам.
45567. Проект расчёта электрической машины постоянного тока 2.03 MB
  Цель работы – изучить устройство и принцип действия, а также зависимости между физическими величинами и геометрией машины, связи между отдельными физическими величинами, спроектировав двигатель постоянного тока.
45568. История PR в России 30 KB
  История PR как профессионального вида деятельность четко отделяется от предыдущих этапов развития коммуникационных технологий поскольку PR рассматривается прежде всего как рыночная деятельность направленная на формирование дополнительных конкурентных преимуществ организации или института хотя определенные традиции управления организационными коммуникациями имеют место. Особенности развития PR в России: Неравномерность развития в центре и на периферии Неравномерность развития в различных сферах бизнесе политике сфере...
45569. Интеллектуальная собственность 53.5 KB
  Несоблюдение письменной формы договора как теперь специально указано в статьях 1334 и 1235 ГК РФ повлечет признание договора недействительным за исключением случаев когда сам Кодекс допускает возможность заключения договоров без соблюдения письменной формы как это установлено например для: 1 договора о предоставлении права использования произведения в периодической печати который может быть заключен устно пункт 2 статьи 1286 ГК РФ при этом данная норма не распространяет свое действие на электронные СМИ; 2 лицензионного договора о...
45570. Корпоративные кодексы: понятие, виды, методы создания и внедрения 39.5 KB
  Корпоративные кодексы: понятие виды методы создания и внедрения Ситуация в области трудовой морали и этики в современной России имеет сегодня свои особенности. При этом ни в коем случае нельзя сказать что формирование деловой этики начинается с нуля. Первые ростки на поле деловой этики в современной России стали пробиваться в 90х годах. Был принят ряд профессиональных этических кодексов среди которых следует упомянуть: Кодекс чести банкира 1992 Правила добросовестной деятельности членов профессиональной ассоциации участников фондового...
45571. Мероприятия для журналистов 36.5 KB
  Рассмотрим наиболее традиционные формы PRобщения в том числе брифинги приемы конференции прессконференции презентации дни открытых дверей круглые столы выставки и спецсобытия. Прессконференция является самой эффективной формой взаимодействия между компанией и журналистами так как последние получают информацию из первых рук PRспециалистов компании и ее менеджмента. В ней обязательно участвуют руководство или люди максимально компетентные в вопросе освещаемом на прессконференции. Прессконференцию проводят как правило в случае...
45572. Корпоративный сайт 37 KB
  Вот типовые блоки информации стандартного вебсайта: – история организации; – обращение к посетителям сайта первого лица организации; – профиль деятельности услуги или продукция организации; – новости из жизни организации; – официальные прессрелизы публикации СМИ об организации; – анонсы проводимых организацией мероприятий; – часто задаваемые вопросы и ответы на них; – конференции для посетителей; – вопросы представителям руководителям организации; – чаты страницы общения пользователей Сети; – обратная связь. Дополнительные ресурсы:...