2492

Изучение маятника Максвелла

Лабораторная работа

Физика

Движение твёрдого тела можно рассматривать как движение системы большого числа материальных точек, сохраняющих неизменное положение друг относительно друга. Одним из примеров такой системы является маятник Максвелла.

Русский

2013-01-06

55.4 KB

60 чел.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет имени Ф.Скорины»

Отчет по лабораторной работе

Изучение маятника Максвелла

Выполнили:

студенты группы Ф–14

Кукобникова В.В.,

Лобан А.А.


Цель: определение основных характеристик маятника Максвелла.

Приборы и принадлежности: установка FPM-03, набор колец, штангенциркуль.

Теоретические сведения

Движение твёрдого тела можно рассматривать как движение системы большого числа материальных точек, сохраняющих неизменное положение друг относительно друга. Одним из примеров такой системы является маятник Максвелла. Он представляет собой диск радиуса R, насаженный на ось диаметра 2r, с обоих концов которой намотана упругая нить. Система находится в поле силы тяжести. Схематически маятник Максвелла изображён на рис. 1.

Для описания движения маятника Максвелла запишем уравнение второго закона Ньютона и основное уравнение динамики вращательного движения (см. рис.2).

     Рис.1       Рис.2

(1)

m - масса маятника; I- момент инерции маятника относительно оси вращения, совпадающей с осью диска; - сила натяжения одной нити подвеса; - ускорение маятника; - угловое ускорение маятника;

В проекциях на оси координат XYZ система уравнений (1) имеет вид:

(2)

Решив систему уравнений (2) относительно Т и I исходим:

(3)    (4)

Для дальнейшего преобразования выражений (3) и (4) используем соотношение:

(5)

Оно связывает линейное и угловое ускорения точек, лежащих на оси маятника, и тот факт, что движение маятника равноускоренно и, следовательно:

(6)

h - длина маятника, t- время его падения.

С учётом (5) и (6), для силы натяжения нити и момента инерции маятника окончательно имеем:

(7)   (8)

d - внешний диаметр оси маятника.


Выполнение работы

Упражнение 1

Определение ускорения движения маятника и силы натяжения в нитях подвеса.

1) На ролик маятника наложили кольцо, прижимая его до упора.

2) На ось маятника равномерно, виток к витку, намотали нить подвеса, и зафиксировали её.

3) Определили время падения маятника:

4) Определили длину маятника:

5) Вычислили значение ускорения маятника:

6) Определили массу маятника:

 

где - масса оси маятника, - масса ролика, - масса кольца.

7) Рассчитали силу натяжения нитей:

Упражнение 2

Определение момента инерции маятника.

1) Определили экспериментальное значение момента инерции данного маятника:

2) Измерили диаметры оси маятника, ролика и съёмного кольца:

3) Вычислили теоретическое значение момента инерции маятника Максвелла по формуле:

где - момент инерции оси маятника.

- момент инерции ролика.

- момент инерции кольца.

4) Сравнили значения Iэ и IТ:

IэIТ

Вывод: определили ускорение движения маятника Максвелла и силы натяжения в нитях подвеса. Определили момент инерции маятника Максвелла теоретически и экспериментально, выяснили, что значения моментов инерции приблизительно равны.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

1397. Маркетинговое исследование Компании the Сoca-Сola company 286.03 KB
  Получившийся напиток был запатентован как лекарственное средство «от любых нервных расстройств» и начал продаваться через автомат в крупнейшей городской аптеке Джекоба в Атланте. Интересно, что производство «Кока-Колы» в первый год было убыточным, но постепенно популярность «Кока-Колы»
1398. Технологии разработки Windows–приложений в системе Microsoft Visual C++ 2005. Использование Windows Forms 544.17 KB
  Общие сведения о Windows Forms. Программный код приложения, созданного на основе Windows Forms. Создание обработчиков событий. Добавление новой формы в проект. Получение навыков разработки Windows–приложений в системе Microsoft Visual C++ 2005 (VC++) с использованием классов Windows Forms из библиотек.
1399. Разработка приложений на основе Windows Forms с использованием кнопочных элементов управления и графических объектов 656.3 KB
  Получить навыки разработки на основе классов Windows Forms приложений, реализующих пользовательский интерфейс с помощью кнопок и графических объектов. Построение графиков в клиентской области. Алгоритм построения графика функции.
1400. Разработка приложений с применением элементов управления Windows Forms, обеспечивающих взаимодействие с пользователем 438.98 KB
  Ознакомление с возможностями элементов управления Windows Forms и получить навыки разработки приложений, реализующих пользовательский интерфейс с применением этих элементов. Компонент GroupBox (группа элементов управления). Элементы управления с поддержкой редактирования текста. Формирование элемента меню MenuItem.
1401. Исследование особенностей назначения пенсии за выслугу лет федеральным государственным гражданским служащим 134 KB
  Назначения пенсии за выслугу лет федеральным государственным гражданским служащим в Российской Федерации. Правовой статус федерального государственного гражданского служащего по российскому законодательству. Порядок рассмотрения заявления о назначении пенсии за выслугу лет федеральным государственным гражданским служащим
1402. Календарне планування. 673.5 KB
  Календарне планування – використання мережевої моделі для визначення моментів початку і кінця операцій програми. Виявляються критичні операції, які впливають на тривалість програми, і некритичні операції, які мають резерви часу. Резерви часу можна використати для оптимізації потреб в ресурсах.
1403. Перехідні процеси. Загальна характеристика. Закони комутації. 481.5 KB
  Перехідні процеси відбуваються лише у колах, до складу яких входять реактивні елементи.
1404. Разработка приложений в системе C++ Builder 2007 методами визуального программирования 641.48 KB
  Получить навыки работы с системой C++Builder 2007, научиться разрабатывать простейшие приложения средствами системы C++Builder для выполнения в операционной системе Windows, ознакомиться с некоторыми визуальными компонентами системы C++Builder, предназначенными для программирования пользовательского интерфейса.
1405. Программирование пользовательского интерфейса с использованием меню и стандартных диалоговых окон 240.3 KB
  Компоненты главного и контекстного меню. Компоненты стандартных диалоговых окон открытия и сохранения файлов. Компонент стандартного диалогового окна для выбора цвета. Компонент стандартного диалогового окна для выбора шрифта. Компонент стандартного диалогового окна для установки параметров принтера. Компонент стандартного диалогового окна для настройки параметров вывода документа на принтера. Компоненты стандартных диалоговых окон поиска и замены текста.