2522

Определение момента инерции Волочка

Лабораторная работа

Физика

Изучение динамики сложного движения, сочетающего вращательное движение тела его поступательным перемещением, и определение его момента инерции.

Русский

2013-01-06

49.45 KB

23 чел.

Дата       Фамилия       Группа

 

Лабораторная работа №15

I. Название работы:

Определение момента инерции Волочка.

Цель работы:

Изучение динамики сложного движения, сочетающего вращательное движение тела его поступательным перемещением, и определение его момента инерции.

II. Краткое теоретическое обоснование:

Для изучения поступательно-вращательного движения тела, имеющего вид волчка, используется маятник Максвелла. Он представляет собой  подвешенный на двух параллельных нитях стержень (бифилярный подвес), на который жестко посажен диск с ободом. При этом центр тяжести груза (волчка) должен находиться  между ними. Если нить намотать на стержень (при этом груз поднимается на некоторую высоту h) и затем отпустить её, то волчок начнет опускаться, вращаясь вокруг своей оси. При этом уравнение движения маятника запишется в следующем виде:

                            ma = mg · Fн ,                (1)

                           Fн · r = J · ε ,                   (2)

                           ε = a / r ,                         (3)

здесь m - масса волчка, определяется по формуле

m = mc + mg + ma

mc – масса стержня

mg − масса диска

ma − масса сменного кольца-обода

Fн − сила натяжения нити

a − ускорение поступательного движения

r − радиус стержня

J − момент инерции волчка

ε − угловое ускорение волчка

Решение уравнений (1) − (3) позволяет найти момент инерции волчка по формуле:

J = mr2 · ((g-a)/a)

Ускорение поступательного движения можно определить через путь h, пройденный волчком за некоторое время t, с помощью соотношения:

a = 2h/t2 

Тогда выражение для момента инерции волчка перепишется в виде:

J = mr2 ·((gt2/2h)-1) 

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

ma = mg – Fн, где:

m – масса волчка

mg – масса диска

Fн – сила натяжения нити

Fн r = JE, где:

r – радиус стержня

J – момент инерции волчка

E – угловое ускорение волчка

E = a/r, где:

а – ускорение поступательного движения

m = mc + mg + mo, где:

mo – масса сменного кольца обода

mc – масса стержня

J = mr((g-a)/a)

a = (2h)/t2, где:

h – высота

t – время

J = mr2((gt2)/2h – 1).

IV.Схема установки.

1 – основание;

2 – регулировочные винты;

3 – колонка;

4 – неподвижный кронштейн;

5 – подвижный нижний кронштейн;

6 – электромагнит;

7 и 9 – фотоэлектрические датчики;

8 – вороток;

10 – волчок маятника;

11 – сменное кольцо;

12 – миллисекундомер

V.Измерительные приборы и принадлежности.

Маятник Максвелла

  Метровая линейка (0,1 см).

VI.Результаты измерения.

 

Номер измерения

1

2

3

4

5

Длина маятника (h, м)

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

Масса стержня (mc, кг)

0,0322

0,0322

0,0322

0,0322

0,0322

Масса диска (mg, кг)

0,1248

0,1248

0,1248

0,1248

0,1248

Масса кольца (mo, кг)

0,386

0,386

0,386

0,386

0,386

Время падения (t, с)

2,246

2,322

2,29

2,182

2,29

Момент инерции (J, кг·м2)

0,000360583

0,000373245

0,0003672

0,000349921

0,0003672

VII. Черновые записи и вычисления.

m = 0,0322 + 0,1248 + 0,386 = 0,543 (кг);

J1 = 0,543 · 0,0052  ·  ((2,246 · 9,8)/(2 · 0,4) -1) = 0,0003606 (кг · м3);

J2 = 0,543  ·  0,0052  ·  ((2,322 · 9,8)/(2 · 0,4) -1) = 0,0003732 (кг · м3);

J3 = 0,543  ·  0,0052 · ((2,29 · 9,8)/(2 · 0,4) -1) = 0,0003672 (кг · м3);

J4 = 0,543  ·  0,0052 · ((2,182 · 9,8)/(2 · 0,4) -1) = 0,0003499 (кг · м3);

J5 = 0,543  ·  0,0052 · ((2,29 · 9,8)/(2 · 0,4) -1) = 0,0003672 (кг · м3);

Jср. = (0,0003606 + 0,0003732 + 0,0003672 + 0,0003499 + 0,0003672)/5 = 0,0003636 = 3,636 · 10-4 (кг · м3);

ΔJ = ((|0,0003606 – 0,0003636|) + (|0,0003732 – 0,0003636|) + (|0,0003672 – 0,0003636|) + (|0,0003499 – 0,0003636|) + (|0,0003672 – 0,0003636|))/5 = 0,00000670224 = 6,70224 · 10-6 (кг · м3);

J = 3,636 · 10-4 (кг · м3) ± 6,70224 · 10-6 (кг · м3).

VIII. Основные выводы.

Мы изучили динамику сложного движения, сочетающего вращательное движение тела его поступательным перемещением, и определение его момента инерции.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29427. Спрос на деньги и их предложение. Монетаристкий и кейнсианский подходы к количественной теории денег 18.58 KB
  В данной теории рассматривается следующая цепь причинноследственных связей предложения денег и номинального ВНП: изменение денежного предложения изменение уровня процентной ставки изменение инвестиционного спроса мультипликационый эффект изменение номинального ВНП. Основное уравнение на котором базируется кейнсианская теория денег: Y= CGINX 1 где Y номинальный объем ВНП; С потребительские расходы; G государственные...
29429. Концептуальные подходы к бюджетному дефициту 14.73 KB
  Концептуальные подходы к бюджетному дефициту Первая концепция базируется на том что бюджет должен быть ежегодно сбалансирован. До €œВеликой депрессии€ 30х годов ежегодно балансируемый бюджет общепризнанно считался желанной целью государственных финансов и финансовой политики. Однако при более тщательном рассмотрении этой проблемы становится очевидным что ежегодно балансируемый бюджет в основном исключает или в значительной степени уменьшает эффективность фискальной политики государства имеющей антициклическую стабилизирующую...
29430. Основные концепции возникновения и сохранения безработицы 12.72 KB
  Если придердиваться традиционной модели взаимодействия спроса и предложениято ситуацию безработицывозникающую на нац.При определении причин обратим внимание на 2 исходных обстоятвазавышенный объем предложения труда и заниженный объем спроса на раб.Сторонники рассматривают рынок труда как стандартный рынок одного из факторов првагде все должно подчиняться взаимодю спроса и предя.Линия спроса.
29431. Социально-экономические последствия безработицы 14.69 KB
  Социальноэкономические последствия безработицы.Возникновение безработицы означает открытое недоиспользование раб.Наращивание безработицы всегда сопровождается подрывом психологического здоровья нации. экономические издержки безработицы:1 недоиспользование рабочей силы а значит и недопроизводство валового внутреннего продукта;2 отставание реально произведенного ВВП от потенциального ВВП который мог бы быть создан при отсутствии циклической безработицы т.
29433. Основные теоретические модели экономического роста 14.47 KB
  Основные теоретические модели экономического роста АнеокейнсианскиеБ НеоклассическиеВСоциальноинституциональные Неок. согласно теории Домара существует равновесный тип прироста реального дохода в экономике при котором полностью используются имеющиеся производственные мощности. Такое динамическое равновесие может оказаться неустойчивым как только темп роста плановых инвестиций частного сектора отклоняется от уровня заданного моделью. Харрод построил специальную модель экономического роста 1939г.