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

131 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

83870. Способы пластики пахового канала при прямых и косых паховых грыжах 50.78 KB
  Способы укрепления передней стенки пахового каналапри косых грыжах Способ Мартынова Впереди семенного канатика подшивается к паховой связке медиальный лоскут наружной косой мышцы живота а латеральный поверх медиального. Способ Жирара Впереди семенного канатика узловыми капроновыми швами подшивают свободные края внутренней косой и поперечной мышц живота к паховой связке. Затем к связке подшивают медиальный лоскут апоневроза наружной косой мышцы живота и латеральный лоскут укладывают поверх медиального и подшивают рядом узловых швов....
83871. Строение бедренного канала. Бедренная грыжа. Операции при бедренной грыже. «Corona mortis» - формирование, тактика при ранении аномального анастомоза 134.64 KB
  Отверстия бедренного канала: внутреннее отверстие соответствует бедренному кольцу. Стенки бедренного канала: передняя поверхностный листок собственной фасцнн бедра в этом месте он носит название верхнего рога серповидного края и паховая связка задняя глубокий листок собственной фасции бедра в этом месте он носит название гребенчатой фасции: латеральная бедренная вена. Операции при бедренной грыже Способы пластики бедренных грыж можно разделить на две группы: 1способы закрытия грыжевых ворот со стороны бедра; 2способы закрытия...
83872. Хирургическое лечение пупочной грыжи, грыжи белой линии, послеоперационной вентральной грыжи 49.13 KB
  Способ Лексера Применяется чаще у детей при небольших пупочных грыжах: полулунный разрез кожи окаймляющий грыжевое выпячивание снизу; выделение грыжевого мешка вскрытие и вправление содержимого если дно грыжевого мешка интимно спаяно с пупком то выделяют шейку грыжевого мешка вскрывают ее и грыжевое содержимое вправляют в брюшную полость; прошивание шейки мешка нитью перевязка и отсечение мешка: закрытие грыжевых ворот под контролем указательного пальца введенного в пупочное кольцо на апоневроз вокруг кольца накладывают...
83873. Ущемлённая грыжа. Классификация грыж по клиническим признакам, виды ущемления. Хирургическое лечение 48.76 KB
  Классификация по клиническим признакам: 1 вправимые; 2 невправимые; 3 ущемленные: ущемление стенки кишки грыжа Рихтера встречается при узких грыжевых воротах например при пупочной грыже; ретроградное ущемление Wобразное при ущемлении двух и более кишечных петель кровообращение нарушается не только в петлях находящихся в грыжевом мешке но и в петлях находящихся в брюшной полости имеющих с выпавшими петлями общую брыжейку; 4скользящие грыжи грыжевой мешок представлен частично стенкой полого органа не покрытой...
83874. Развитие брюшины и органов пищеварительной системы. Дивертикул Меккеля. Подпечёночное расположение купола слепой кишки и червеобразного отростка 51.45 KB
  Подпечёночное расположение купола слепой кишки и червеобразного отростка. Поджелудочная железа закладывается на уровне двенадцатиперстной кишки и врастает между двумя листками дорсальной брыжейки. На 5й неделе внутриутробного развития начинаются ускоренный рост кишки и ее удлинение. В кишечной петле можно выделить два колена: верхнее нисходящее колено из которого в дальнейшем формируется двенадцатиперстная кишка тощая и большая часть подвздошной кишки; и нижнее восходящее колено из которого развивается конечный отдел подвздошной и вся...
83875. Полость живота. Топографо – анатомические образования верхнего и нижнего этажей брюшной полости 51.31 KB
  В хирургической анатомии в малом сальнике выделяют лишь lig.hepatoduodenale и lig.hepatogastricum, поскольку они хорошо визуализируются во время операций. В составе lig. hepatoduodenale, между ее листками, в порядке справа налево располагаются следующие элементы: ductus choledohus (D) — крайнее правое положение, vena portae (V) — посередине
83876. Висцеральные ветви брюшной части аорты. Притоки воротной вены. Порто – кавальные анастомозы 55.17 KB
  Висцеральные ветви брюшной части аорты Непарные висцеральные ветви Чревный ствол короткая 2 см но толстая артерия которая отходит на уровне XII грудного позвонка в самом hitus orticus диафрагмы идет вперед над верхним краем pncres и тотчас делится на три ветви: . gstric sinistr левая желудочная артерия идет к малой кривизне желудка дает ветви как к желудку так и к prs bdominlis esophgi. gstroduodenlis проходит позади duodenum и делится на две ветви: .
83877. Малый сальник, сальниковая сумка, стенки, отверстие, связь с другими отделами. Способы осуществления доступа к поджелудочной железе 69.84 KB
  В зависимости от локализации патологического процесса и характера оперативного вмешательства производят различные разрезы передней брюшной стенки. Для обнажения тела и хвоста поджелудочной железы чаще применяют верхний срединный разрез который в случае необходимости можно расширить путем пересечения прямых мышц живота. Для подхода к головке поджелудочной железы особенно если одновременно предполагают вмешательство на желчных путях целесообразно применять разрезы С. Разрез проводят параллельно XII ребру справа если необходимо подойти к...
83878. Хирургическая анатомия печени. Связки, доли, ворота, кровеносные сосуды. Хирургическая анатомия печёночно – двенадцатипертной связки, элементы 54.27 KB
  Нижний край острый с двумя вырезками вдавление от желчного пузыря и вырезки круглой связки печени. Поперечная борозда соответствует воротам печени. Левая продольная борозда глубокая щель отделяющая левую долю печени от правой.