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

26 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

69705. Читання і запис в бінарному режимі 53.5 KB
  Для кожного відкритого файлу система зберігає величину яка називається покажчиком поточної позиції файлу. При відкритті файлу цей покажчик встановлюється на початок файлу. З кожним викликом функції читання файлу покажчик поточної позиції зрушується...
69706. Функції для роботи з файлами 102 KB
  Всі функції можна розділити на такі групи: Функції маніпулювання файлами. Функції для роботи з іменами файлів. Функції визначення типа і параметрів файлу.
69707. Перевантаження функцій 27.5 KB
  Перевантаження функцій — це використання одного імені для декількох функцій. Секрет перевантаження полягає в тому, що кожне перевизначення функції повинне використовувати або інші типи параметрів, або іншу їх кількість. Тільки ці відмінності дозволяють компілятору визначати...
69708. Перевантаження конструкторів 27.5 KB
  Для перевантаження конструктора існують три причини: гнучкість, можливість створення ініціалізованих (не ініціалізованих) об’єктів і конструкторів копіювання. Досить часто об’єкти класу можна створити декількома способами.
69709. Параметри по замовчуванню 24.5 KB
  Значення за замовчанням задається за допомогою синтаксичної конструкції яка дуже схожа на ініціалізацію змінної. Наприклад наступний оператор оголошує що функція myfunc отримує один аргумент типу double що за замовчанням приймає значення...
69710. Перевантаження операторів за допомогою дружніх функцій 23 KB
  Оператори можна перенавантажувати за допомогою дружніх функцій, які не являються членами класу. Це означає, що дружні функції не отримують неявно покажчик this. Отже, перевантажена операторна функція отримує параметри явно. Таким чином, при перевантаженні бінарного оператора дружня...
69711. Конструктори 34 KB
  Конструктор призначений для ініціалізації об’єкту і викликається автоматично при його створенні. Основні властивості конструкторів. Конструктор не повертає значення, навіть типу void. Не можна отримати покажчик на конструктор.
69712. Дружні функції 25 KB
  Метод як правило використовується для реалізації властивостей об’єкту а у вигляді дружніх функцій оформляються дії не представляючі властивості класу але концептуально що входять в його інтерфейс і потребуючі в доступі до його прихованих полів наприклад перевизначення операції...
69713. Громадсько-політична діяльність Юліана Романчука (1842–1932) 130.5 KB
  Формування політичних поглядів Ю. Романчука, його кар’єра як політичного лідера, парламентська діяльність, робота в національно-культурних та економічних інституціях, видавничій та публіцистичних сферах, роль у визвольних змаганнях 1914–1923 рр.