3466

Визначення моменту інерції крутильного маятника

Лабораторная работа

Физика

Визначення моменту інерції крутильного маятника Мета роботи: Визначити момент інерції крутильного маятника. Прилади та обладнання: Крутильний маятник, секундомір, штангенциркуль, металеві диски. Опис вимірювального пристрою...

Украинкский

2012-11-01

217 KB

85 чел.

Визначення моменту інерції крутильного маятника

Мета роботи: Визначити момент інерції крутильного маятника.

Прилади та обладнання: Крутильний маятник, секундомір, штангенциркуль, металеві диски.

Опис вимірювального пристрою

 

                   рис.1

Крутильний маятник складається з вертикальної дротини Д, нерухомо закріпленої верхнім кінцем у кронштейні К, і горизонтальної хрестовини X, прикріпленої у Геометричному центрі до нижнього кінця дротини (рис. 1).

На відстані d1 від осі дротини в хрестовині закріплені чотири шпильки а, а на відстані d2 - чотири шпильки Ь. На шпильки можна насаджувати металеві диски.

Виведення розрахункової формули

Період коливань крутильного маятника визначається з формули

  (1)

де J  - момент інерції маятника.

Для визначення J за формулою (1), крім виміряного Т, необхідно знати модуль кручення дроту f. Це ускладнення можна обійти, навантажуючи крутильний маятник тілами правильної геометричної форми, момент інерції яких легко обчислити. У даній роботі - це 8 металевих дисків, сумарна маса яких  m

Якщо диски насадити на шпильки а (по два диски на кожну шпильку), то період коливання одержаної системи

 (2)

де J1 сумарний момент інерції дисків відносно осі обертання маятника.

Якщо ж диски насадити на шпильки b (також по два на кожну шпильку), то період коливання системи

  (3)

де J2- сумарний момент інерції дисків відносно осі обертання маятника в новому положенні дисків.

З (2) і (3) в результаті нескладних перетворень одержимо:

    (4)

Для визначення і J1, , J2 використаємо теорему Штeйнера, згідно з якою:

 (5)

де J0 - сумарний момент інерції всіх дисків відносно осі, що проходить через їх геометричний центр паралельно до осі обертання.

Підставивши J1, J2  з (5) в (4), одержимо:

  (6)

Якщо сумарна маса дисків m, а діаметр диска D, то J0   визначиться як:

     (7)

Отже:                   (8)

Послідовність виконання роботи

рис.2

  1.  Вимірявши  d01, dшп, dдр (рис. 2), визначити d1  за формулою:

Виміри провести по одному разу для кожної шпильки а

2. Аналогічно визначити d2 для кожної шпильки b

d02 - відстань між зовнішніми краями дротини Д і шпильки b

3.  Насадити диски на шпильки а (по два диски на кожну шпильку), привести систему в коливальний рух, закрутивши маятник на кут не більше ніж 90° і виміряти час t1  десяти повних коливань. Визначити період Т1 за формулою:

4. Переставивши диски на шпильки b, аналогічно визначити Т2 Вимірювання, зазначені в пунктах 3 і 4, провести по чотири рази.

5. Виміряти діаметри D чотирьох довільно вибраних дисків

6. Результати вимірювань записати в таблиці; за формулою (8) розрахувати J.

сумарна маса дисків m =      кг.

Таблиці результатів вимірювань

dшп,

м

dдр.,

м

d01,

м

d02

м

d1

м

d2

м

1

2

3

4

сер

t1,

c

Т1,

с 

t2, 

с 

Т2,

с

D ,

м

J0,

кг∙м2

J,

кг∙м2

1

2

3

4

сер

Контрольні запитання

  1.  Що називається моментом інерції тіла ?
  2.  Сформулювати теорему Штeйнера.
  3.  Вивести формулу для моменту інерції однорідного диска.
  4.  Вивести формулу для періоду коливань крутильного маятника.
  5.  Чому для експериментального визначення моменту інерції крутильного маятника необхідне додаткове навантаження його тілами правильної геометричної форми?
  6.  Вивести формулу для визначення моменту інерції крутильного маятника.

Рекомендована література

  1.  Курс фізики / За ред. І.Є. Лопатинського. - Львів: Вид. «Бескид Біт», 2002.
  2.  Трофимова Т.И. Курс физики- М: Высшая школа, 1990.

.

Як  вимірювати штангенциркулем

Штангенциркуль  - універсальний  і точний вимірювальний прилад. При вимірі він надає точнішу інформацію ніж лінійка, оскільки він надійно охоплює вимірювану поверхню і показує розмір з точністю до 0,1 мм.

Штангенциркулем можна вимірювати як зовнішні, так і внутрішні розміри (наприклад, внутрішній діаметр кільця, шайби). Але найбільш поширене вимірювання зовнішніх розмірів.

На штангенциркулі, показаному на фото, виміряли товщину палиці. Як видно з фото, діаметр палиці дорівнює приблизно 2 см. (Кожна цифра на верхній шкалі тут позначає сантиметр, кожна маленька поділка - міліметр).

Це визначилося наступним чином: подивилися на саму ліву риску нижньої шкали і подивилися, з якою вона перетинається на верхній шкалі. Нам важливо визначити цифру верхньої шкали, яка знаходиться лівіше нижньої риски. Це цифра 2. Значить, 2 см. або 20 мм.

Щоб більш точно виміряти товщину цієї палиці дивляться ще раз на нижню шкалу (вона називається ноніус). Головне знайти тепер, де нижня риска ТОЧНО збігається з якою-небудь рискою верхньої шкали. Тут цей збіг вийшов точно навпроти цифри 3. По нижній шкалі ця риска відповідає 5 розподілам ноніуса. Ціна поділки ж ноніуса, на відміну від верхньої шкали, дорівнює 0,1 мм. Якщо 5 поділок, тоді отримаємо  0,5 мм.

Тепер до 2-х сантиметрів, визначених за верхньою шкалою, додаємо 0,5 мм, отриманих за  нижньою і отримуємо:. 20 мм + 0,5 мм = 20,5 мм.

Це буде точне вимірювання (з точністю до десятих часток міліметра).

Звіт про виконання лабораторної роботи №3

"Визначення моменту інерції крутильного маятника"

Група ______________               

Студент______________________

Таблиці результатів вимірювань

dшп,

м

dдр.,

м

d01,

м

d02

м

d1

м

d2

м

1

2

3

4

сер

t1,

c

Т1,

с 

t2, 

с 

Т2,

с

D ,

м

J0,

кг∙м2

J,

кг∙м2

1

2

3

4

сер


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

65074. Клятва на золоте: тюркский вклад в монгольскую дипломатию 105.5 KB
  Ритуал клятвы относится к культурным универсалиям. История клятвы такова. Петахия описывает два обычая клятвы скреплявших отношения между половцем и чужестранцем проводником и путешественником: В этой земле не ходят иначе как с провожатым.
65076. Укек по письменным источникам XIII – XVIII веков 133 KB
  Самым первым по времени упоминанием об Укеке принято считать сообщение францисканского монаха Гильома де Рубрука. Летом 1253 г. он проезжал через «новый поселок» на берегу Волги, «который татары устроили вперемежку из русских и сарацин, перевозящих послов...
65077. ПРОБЛЕМА ПРАВЛЕНИЯ СУЛТАНА ХАЛИЛА И КАЗАН-ХАНА В РЕКОНСТРУКЦИИ ЧАГАТАЙСКОЙ ИСТОРИИ 30-40-х гг. XIV века 76.5 KB
  Поэтому для исторической реконструкции представляется возможным использовать здесь более доступные данные относимые к более позднему времени правления амиров Казагана Хусейна и Темура а также более раннему периоду правления Чагатаидов дома Дувыхана с последующей...
65078. Повесть о разгроме монголов дербен ойратами 45 KB
  Здесь ничего необычного нет потому что автор произведения писал так как было принято в его время: название сочинения указывать в заключительных строках где в большинстве случаев подчеркивалось что такое-то сочинение закончилось завершено.
65079. К вопросу об интерпретации эпитета ал-Джедид (по материалам городов Улуса Джучи) 32 KB
  Большинство исследователей полагает, что прибавление эпитета означает новый город. Однако существует и другая точка зрения. В.Д.Смирнов считал, что отдельных городов Сарая ал-Джедид, Булгара ал-Джедид и других вовсе не было...
65080. О местоположении Сарая (первой столицы Золотой Орды) 30.5 KB
  Город Сарай был основан Батыем в низовьях Волги в 1250-е гг., окончательное запустение города относится к концу XV в. По всей видимости столица в XIV в. была перенесена (ни одно из средневековых городищ Нижнего Поволжья не существовало столь длительное время - с середины XIII в. до конца XV в.).