2485

Изучение динамики вращательного движения на крестообразном маятнике (маятник Обербека)

Лабораторная работа

Физика

Определение момента инерции грузов, находящихся на стержнях маятника Обербека. Определение момента инерции маятника Обербека с учетом сил трения в подшипниках маятника, определение отношения моментов сил, действующих на маятник при его движения для случаев, когда нить намотана на шкивы разных радиусов.

Русский

2013-01-06

169.89 KB

127 чел.

 Лабораторная работа № 126

Изучение динамики вращательного движения на крестообразном маятнике (маятник Обербека)

Цель работы. Определение момента инерции грузов, находящихся на стержнях маятника Обербека.

Приборы и принадлежности:

 1. Установка лабораторная.

  1.  Набор грузов.

  (3.6)

Поскольку нить в ролике не проскальзывает, то и тогда из уравнений (3.1)-(3.6) получим выражение для момента инерции грузов:

(3.7)

 Формула (3.7) используется в данной работе для экспериментального определения момента инерции четырёх грузов, закреплённых на стержнях маятника Обербека.

Полученные в опыте значения Iгр нужно сравнить с теоретическим значением момента инерции , считая грузы точечными массами.

 , (3.8)

где R - расстояние от оси вращения до цента масс каждого груза. При этом грузы на стержнях должны быть расположены на одном и том же расстоянии от оси вращения.

3. Описание экспериментальной установки.

 

Рис.3.2.  Рис.3.3.

Экспериментальная установка – маятник Обербека (Рис.3.2. и Рис. 3.3 ) представляет собой устройство для исследования динамики вращательного движения. Установка смонтирована на основании 1, на котором установлен секундомер 2 и вертикальная стойка. На стойке кронштейнами закреплены: блок 5, датчик 6 начала отсчёта времени вертикального движения груза; датчик 9 окончания отсчёта времени движения этого груза. Маятник Обербека состоит из цилиндрической муфты с двумя шкивами 7 и 8 разного диаметра. Муфта вращается на оси, укрепленной на стойке. В муфту ввинчены крестообразно четыре жёстких стержня 4, на которых находятся грузы 3. Грузы могут перемещаться на стержнях и крепятся к ним винтами. Один конец нити закрепляется на шкиве меньшего радиуса, и нить наматывается на него. Свободный конец нити укладывается в блок 5 и к нему крепится груз (Рис. 3.3). На вертикальной стойке находится линейка для отсчёта положения этого груза. Маятник Обербека готов к опыту, т.е. груз находится в исходном положении, когда он поднят наверх к блоку 5 так, чтобы нижнее основание груза находилось вблизи оптической оси датчика 6. При этом включённый секундомер должен показывать нулевое значение времени начала отсчёта. Датчики 6 и 9 выдают сигналы начала и окончания отсчёта времени движения груза на секундомер 2. Путь, пройденный грузом, равен расстоянию между нанесенными на линейке стойки метками, показывающими положение оптических осей датчиков 6 и 9.

Внимание! В установке используется программируемый электронный секундомер с инфракрасными оптическими датчиками. Прибор настроен (запрограммирован) на работу данной установки в соответствующем режиме. 

Секундомер настроен следующим образом:

А) Верхний датчик включает отсчёт времени при начале движения груза на нити из верхнего положения.

Б) Нижний датчик выключает отсчёт времени при прохождении нижнего края груза через оптическую ось датчика.

4. Порядок выполнения работы

С таблицы на основании установки записать в протокол массу грузов на стержнях кг; массы грузов, подвешиваемых на нить кг и кг. Штангенциркулем замерить диаметр шкива, в протокол занести радиус шкива (r)

  1.  Снять четыре груза со стержней маятника.
  2.   Измерить расстояние h между метками на стойке по линейке. Данные занести в табл. 1 - 4.
  3.  Подключить электронный счётчик к сети.
  4.  К нити, перекинутой через блок, привязать груз массой , поднять его вращением крестовины вверх в исходное положение (выше оптической оси верхнего датчика) и зафиксировать (придерживать) крестовину рукой за один из стержней. Нить при наматывании должна находиться с правой стороны шкива.
  5.  Добиться устойчивого положения груза (чтобы успокоились его колебания). На дисплее секундомера должны быть мерцающие нули.
  6.  Отпустить стержень маятника, с одновременным нажатием кнопки на секундомере, при этом груз массой m1 начнёт опускаться вниз вращая маятник. При прохождении груза через оптическую ось верхнего датчика секундомер начнёт отсчёт времени движения груза.
  7.   В момент пересечения грузом оптической оси нижнего датчика и остановки секундомера остановить движение муфты рукой за стержень. Показания секундомера (τ1 ) занести в таблицу 1.
  8.  Вращая маховик вернуть груз в исходное положение.
  9.  Опыт повторить еще 4 раза. Результаты измерений занести в таблицу 1.
  10.  Вычислить среднее значение . Определить по формуле моменты инерций без груза на крестовине и вычислить величину их среднего значения. Данные занести в таблицу 1.
  11.  Надеть сверху на груз дополнительный груз .
  12.  Произвести 5 измерений времени опускания () с грузом по пунктам 2 - 8. Результаты измерений занести в таблицу 2.
  13.  Вычислить среднее значение . Определить по формуле моменты инерций и вычислить величину их среднего значения. Данные занести в таблицу 2.
  14.  Снять дополнительный груз массой .
  15.  Закрепить грузы массой m на середине стержней маятника так, чтобы их центры масс находились на одном и том же расстоянии от оси вращения. Этого добиваются проверкой устойчивого равновесия маятника при расположении каждой пары противоположных стержней с грузами в горизонтальном положении.
  16.  Определить среднее значение расстояния R от центров масс грузов m до оси вращения. Для этого измерить линейкой расстояние между наружным торцом одного груза и внутренним торцом противоположного груза для каждой пары грузов: - для одной пары противоположных грузов, - для второй пары грузов. При этом . Величину R занести в таблицы 3 и 4.
  17.  Произвести 5 измерений времени () и высоты опускания h груза массой m1 согласно пунктов 2 – 8. Результаты измерений занести в таблицу 3.
  18.  Вычислить среднее значение . Определить моменты инерций маятника с грузами массой m на стержнях и грузом массой m1 с каждым значением времени () по формуле: , вычислить величину их среднего значения. Данные занести в таблицу 3.
  19.  Рассчитать теоретическое значение момента инерции маятника с грузами массой m по формуле: .
  20.  Надеть сверху на груз массой дополнительный груз массой .
  21.   Произвести 5 измерений времени () и высоты опускания h груза массой по пунктам 2 - 8. Результаты измерений занести в таблицу 4.
  22.  Снять дополнительный груз массой и грузы массой m с стержней маятника и положить на основание установки.
  23.  Груз массой m1 опустить в ловушку.
  24.  Отключить секундомер от сети.
  25.  Вычислить среднее значение времени . Определить моменты инерций маятника с грузами массой m на стержнях и грузом с каждым значением времени () по формуле: , вычислить их среднее значение.
  26.  Из таблицы 3 занести в таблицу 4 теоретическое значение момента инерции маятника.
  27.  Снять нить с грузом с блока.

Груз массой =0.0713 кг.  Таблица 1

п/п

h,

м 

r,

м

, с. (без грузов на крестовине)

,

с

,

1

2

3

4

5

Груз массой кг. Таблица 2

п/п

h,

м 

r,

м

, с. (без грузов на крестовине)

,

с

,

1

2

3

4

5

Груз массой m1= 0.0713 кг.  Таблица 3

п/п

h,

м 

r,

м

R,

м

, с. (грузы массой m=0.716 кг на крестовине)

,

с

,

,

,

1

2

3

4

5

Груз массой кг. Таблица 4

п/п

h,

м 

r,

м

R,

м

, с. (грузы массой m=0.716 кг на крестовине)

,

с

,

,

,

1

2

3

4

5

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Что называется моментом инерции материальной точки?
  2.  Что называется моментом инерции тела? Каков его физический смысл?
  3.  Что называется моментом силы и в чем он измеряется?
  4.  Записать основное уравнение динамики вращательного движения.
  5.  Записать формулу кинетической энергии поступательного и вращательного движения тела.

6. Как изменится время опускания груза на нити, если увеличить радиус R расположения грузов на крестовине?


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82032. Техническое обеспечение и ремонт системы охлаждения (термостата) автомобиля 608.19 KB
  Принцип работы двигателя внутреннего сгорания (далее — ДВС) представляет собой строгую очередность микровзрывов горючей смести в цилиндрах. Соответственно повышается и температура двигателя, которая становится критической.
82033. Пантограф П5- назначение, конструкция, неисправности, ремонт 145.48 KB
  Основным надежной работы токоприемника или как говорят специалисты высокого качества токосъема является прежде всего постоянство нажатия токоприемника на контактный провод. Но с другой стороны большее нажатие увеличивает механический износ контактного устройства токоприемника.
82034. Приготовление солянки сборной мясной на сковороде и хвороста 269 KB
  Мясо и мясные продукты составляют основную часть рациона питания человека. Лишь некоторые воздерживаются от употребления мяса и питаются исключительно вегетарианской пищей. Не смотря на то что человек употребляет мясо на протяжении нескольких тысяч лет, споры о пользе и вреде этого продукта не утихают.
82035. Расчет автоматизации систем управления котельным агрегатом типа БКЗ-420/140нгм 126.49 KB
  Большинство современных теплотехнических измерительных приборов основано на применении электрических принципов измерения неэлектрических величин температуры давления расхода и пр. Допускается максимально длительная паропроизводительность котла 450 т ч без увеличения давления в барабане.
82036. Техническое обслуживание и ремонт сцепления КамАЗ-4310 490.5 KB
  Автомобильный транспорт является наиболее массовым и удобным видом транспорта, обладающим большой маневренностью хорошей проходимостью и приспособленностью для эксплуатации в разных климатических и географических условиях.
82037. Технология изготовления детали подшипника на автоматизированном оборудовании с ПУ 5.4 MB
  Оборудование с ЧПУ может быть представлено: станочным парком например станками станки оборудованные числовым программным управлением называются станками с ЧПУ: для обработки металлов например фрезерные или токарные дерева пластмасс для резки листовых заготовок для обработки давлением и т.
82038. Проектування магістральної волоконно-оптичної лінії зв’язку між м. Луцьк та м. Хмельницький 1.59 MB
  Розвиток засобів зв’язку має велике значення для ефективного керування народним господарством чіткої роботи державного апарату та всебічного задоволення населення в потребі зв’язку і технічних засобів інформації. А це потребує збільшення пропускної спроможності лінії зв’язку приблизно в 10 разів кожні 1617 років.
82039. Разработка рекламного продукта для декоративного покрытия «Модесто» 18.14 MB
  Характеристики рекламируемого товара. На основе информации собранной из различных источников составляется перечень основных характеристик товара. В качестве основных характеристик которые желательно иметь для разработки рекламного продукта можно выделить следующие: наименование товара...
82040. Основные компоненты бизнес-плана Агентства наружной рекламы 464.5 KB
  Обычно полотно перетяжки изготавливается методом трафаретной печати на хлопчатобумажной ткани. При необходимости размещения на длительный срок или при изготовлении сложного макета используется либо сублимационная печать на шелковой ткани, либо печать на баннере.