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

77959. Фінансова звітність. Вимоги до фінансової звітності 190.5 KB
  Метою складання фінансової звітності є надання користувачам повної, правдивої та неупередженої інформації про фінансовий стан, результати діяльності підприємства (доходи, витрати, прибутки і збитки від діяльності) та руху грошових коштів підприємства за звітний період.
77960. Облік праці, її оплати та соціального страхування персоналу 152 KB
  Облік праці її оплати та соціального страхування персоналу. Організація праці облік особистого складу робітників та використання робочого часу. Фонд оплати праці та його склад. ПС БО Виплати робітникам Питання організації і оцінки праці регламентують документи: Кодекс законів про працю Закон України Про оплату праці Закон України Про колективні договори і угоди Податковий Кодекс України.
77961. Облік основних засобів 317.5 KB
  Облік основних засобів Поняття про основні засоби. Класифікація та оцінка основних засобів. Первинні документи з обліку основних засобів. Облік та порядок придбання вибуття ремонту основних засобів.
77962. Облік нематеріальних активів 64 KB
  Первинна вартість НМА придбаного в результаті обміну на подібний обєкт дорівнює залишковій вартості переданого нематеріального активу. Якщо залишкова вартість переданого обєкту перевищує його справедливу вартість то первинною вартістю НМА отриманого в обмін на подібний обєкт є його справедлива вартість з включенням різниці у фінансові результати витрати звітного періоду...
77963. Острый и хронический пиелонефрит 20.61 KB
  Наиболее частым возбудителем пиелонефрита является кишечная палочка реже – стафилококки энтерококки протей клебсиелла. ХП как правило является следствием ранее перенесенного острого пиелонефрита. Факторы способствующие развитию пиелонефрита: нарушение оттока мочи создающее благоприятные условия для роста и размножения микроорганизмов: обратный заброс мочи рефлюксы на различных уровнях вследствие атонии мочевых путей опухоли мочевых путей и предстательной железы почечнокаменная болезнь; нарушение кровоснабжения почек...
77964. Гломерулонефрит 18.25 KB
  Острый гломерулонефрит – острое иммуновоспалительное заболевание почек с преимущественным поражением клубочков и в меньшей степени канальцев и интерстициальной ткани.
77965. Хроническая почечная недостаточность 49 KB
  ХПН не является самостоятельным заболеванием а представляет собой конечную фазу любого прогрессирующего заболевания почек. В норме в почках около 2 млн нефронов клинические проявления ХПН появляются тогда когда остается меньше 30 нефронов. При ХПН нарушается водный баланс развивается полиурия никтурия снижается относительная плотность мочи развивается изостенурия выделение мочи с монотонно низким удельным весом осмотическому давлению мочи = плазмы крови в полиурической фазе развиваются симптомы дегидратации.
77966. Мочекаменная болезнь 15.49 KB
  По химическому составу конкрементов выделяют: оксалаты ураты карбонаты фосфаты и органические камни. Большие камни лежащие в лоханке без движения могут не беспокоить больного или проявляться тупой длительной болью в поясничной области в связи с присоединением воспалительного процесса. Диагностика: клиническая картина изменения в оам небольшая протеинурия гематурия единичные цилиндры и соли рентгенологические методы выявляют уратные цистиновые и смешанные камни сочетают с УЗИ. При уратных конкрементах используются препараты...
77967. Основные симптомы заболеваний мочевыделительной системы. Лабораторные и инструментальные методы диагностики 22.88 KB
  Изменение цвета мочи Нефротический синдром. Преимущественная локализация На нижних конечностях На лице мешки под глазами Время суток К концу дня Утром Характер отеков Плотные ямки остаются долго Мягкие Рыхлые подвижные ямки быстро исчезают Цвет кожи над отеками Цианотичная Бледная Симптомы обусловленные расстройством мочеотделения Полиурия увеличение суточного количества мочи более 2 л Олигурия уменьшение количества мочи менее 500 мл. Анурия – уменьшение суточного количества мочи менее 100150 мл или полное отсутствие...