36751

Изучение вращательного движения на маховике Обербека

Лабораторная работа

Физика

Если на тело, закрепленное на неподвижной оси, действует сила, то тело приобретает угловое ускорение, направленное вдоль этой оси. Величина ускорения зависит не только от величины и направления силы, но и от точки ее приложения. Это отражено в понятии момента силы, который как и сила является векторной величиной. В случае вращения вокруг неподвижной оси угловое ускорение, направленное вдоль этой оси, определяется результирующей проекцией моментов всех сил на эту ось.

Русский

2013-09-23

107.5 KB

224 чел.

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа           ИСУТЭ, АТС-141            К работе допущен____________________

                                                                                                                                                                                      (Дата, подпись преподавателя)

Студент                                Бакин М.Е.                 Работа выполнена___________________

                                                                        (ФИО студента)                                                                               (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель                   Некрасов В.В.              Отчёт принят_______________________                    

                                                                                                                                                                            (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №        3       

           Изучение вращательного движения на маховике Обербека                                 

                                                                        (Название лабораторной работы)

_____________________________________________________________________________________________

  1.  Цель работы:

Измерение характеристик движения маховика и определение моментов инерции грузов на его спицах.                                                                                                                                    

_____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

Рисунок 1 – Маховик Обербека
3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Вращательным называется такое движение твердого тела, при котором все точки тела описывают окружности, лежащие в параллельных плоскостях. Центры этих окружностей лежат на одной прямой, называемой осью вращения.

Если на тело, закрепленное на неподвижной оси, действует сила, то тело приобретает угловое ускорение, направленное вдоль этой оси. Величина ускорения зависит не только от величины и направления силы, но и от точки ее приложения. Это отражено в понятии момента силы, который как и сила является векторной величиной. В случае вращения вокруг неподвижной оси угловое ускорение, направленное вдоль этой оси, определяется результирующей проекцией моментов всех сил на эту ось.

Основной закон динамики вращательного движения твердого тела утверждает, что угловое ускорение тела, вращающегося относительно неподвижной оси, пропорционально результирующей проекции моментов всех сил на ось вращения:

M=I.

Коэффициент пропорциональности в этом равенстве характеризует инертные свойства тела при вращательном движении и называется моментом инерции.

Для определения понятия момента инерции мысленно разобъем тело на частицы, размеры которых достаточно малы, чтобы их можно было рассматривать как материальные точки массой mi. Момент инерции такой материальной точки

Ii= miRi2 ,

где Ri - расстояние точки до оси вращения.

Момент инерции тела или системы тел:

I=Ii= miRi2 .

Понятие момента инерции отражает то, что инертные свойства тел при вращательном движении зависят не только от суммарной массы всех частиц тела, но и от распределения их по отношению к оси вращения. Момент инерции есть величина скалярная и всегда положительная. Из определения понятия момента инерции следует, что если система состоит из нескольких тел, то момент инерции системы равен сумме моментов инерции отдельных тел:

I= I1+I2+I3+...

В данной лабораторной работе измеряют момент инерции маховика и грузов массой mо, находящихся на его спицах (см. рис. 1). Спицы крестовины жестко скреплены со шкивом. На шкив наматывается нить, к концу которой прикрепляется груз Р. Рядом с висящим грузом ставится вертикальная шкала для измерения пройденного грузом пути h. Для приведения крестовины в ускоренное вращательное движение груз Р поднимают на высоту h, затем, груз без толчка отпускают и измеряют время t движения его на пути h. Поскольку движение груза является равноускоренным, линейное ускорение груза Р можно вычислить по формуле

                                                                                         (1) Так как при падении груза Р нить сматывается, то линейное ускорение а груза равно тангенциальному ускорению точек поверхности шкива. Следовательно, можно вычислить угловое ускорение крестовины:

=a/r                                                      (2)

где r - радиус шкива.

Рассматривая силы, действующие на груз, будем считать, что силы трения малы и ими можно пренебречь. В этом случае ускорение груза определяется действием силы тяжести mg и силы натяжения нити Т.

На основании второго закона Ньютона

ma=mg-T,                                                        (3)

где т - масса груза Р.

Сила натяжения создает момент силы

                                                                M=Tr=m(g-a)r.                                               (4)

Измерение момента инерции крестовины и грузов на ней производят, используя основной закон динамики вращательного движения:

                                                                      M=I                                                            (5)

где I - момент инерции вращающегося тела.

Из формулы (5), с учетом формул (4) и (2) следует, что

                                          (6)

Момент инерции крестовины с грузами можно представить в виде

                                                                 I=I0+Ir,                                                               (7) где I0 и Ir – моменты инерции крестовины без грузов и грузов соответственно.

Следовательно, для определения момента инерции закрепленных на крестовине грузов Ir необходимо определить по формуле (6) момент инерции крестовины с грузами I и ее момент инерции без грузов I0.

Так как линейные размеры грузов на спицах крестовины значительно меньше их расстояния до оси вращения, то их можно считать материальными точками. Поэтому момент инерции грузов можно определить по формуле

                                                                   Ir =4m0R2 ,                                                       (8)

где m0 – масса одного груза; R – расстояние грузов до оси вращения.

Приборы и принадлежности: маховик Обербека с грузами на спицах; стойка со шкалой; набор грузов с подставкой; секундомер; штангенциркуль.

4. Таблицы и графики1.

Таблица 1- Результаты полученных измерений и расчетов

Измеряемая величина

Вращение без грузов, R =0

Вращение с грузами на концах спиц, R=0,28м

Вращение с грузами на середине спиц, R/2=0,14м

1

2

3

1

2

3

1

2

3

h

1

0,9

0,8

1

0,9

0,8

1

0,9

0,8

t

4,1

4,05

3,8

9,3

8,6

7,8

6,4

5,8

5,5

a

0,12

0,11

0,11

0,02

0,02

0,03

0,05

0,05

0,05

I

0,05

0,06

0,06

0,31

0,31

0,21

0,12

0,12

0,12

Iср

0,057

0,28

0,12

I

0,04

0,04

0,04

         m=0.4кг                   r=0,04м;                            m0=0,192кг
5. Расчёт погрешностей измерений
 

(указать метод расчёта погрешностей).

1.     

2.  

3.

4.  

             (для вращения с             

                                                                                                        грузами на середине спиц).

5.

                      

6. Окончательные результаты:

            

Подпись студента:


Лист – вкладыш

5. Расчёт погрешностей измерений (продолжение):


7. Дополнительная страница

(для размещения таблиц, теоретического материала и дополнительных сведений).

1 Графики выполняются на миллиметровой бумаге или в компьютерном виде с использованием программ построения графиков. Необходимо соблюдать правила построения графиков.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

13848. Гос. кадастровый учет земель: состояние, перспективы развития, роль в процессе управления недвижимостью 32.5 KB
  Гос. кадастровый учет земель: состояние перспективы развития роль в процессе управления недвижимостью. Гос. кадастровый учет действия уполномоченного органа по внесению в гос. кадастр сведений о недвижимом имуществе. Сведения позволяют идентифицировать объект ка
13849. Есть ли будущее у мышления 20.84 KB
  Философия это наука помогающая сформировать целостную картину мира. Она занимается поиском ответов на вопросы о существовании Бога об отношении человека и мира о принципах бытия. Вообще термину философия нельзя дать однозначного определения одни определяют философ
13850. Философия и трагичность человеческого бытия 18.64 KB
  Философия и трагичность человеческого бытия не хорошо и не плохо нет ни дорог ни подвоха. безосновательна наверняка метафизическая тоска метафизическая тоска Музыкальный коллектив Atlantida projet Я забыл о своем хомяке на балконе и три дня не кормил его. Ко...
13851. Анализ романа Алекса Гарленда «Пляж» 27.1 KB
  Бартули Регина Анализ романа Алекса Гарленда Пляж Романантиутопия английского писателя А. Гарленда Пляж был написан в 1997 году. Данный роман описывает людей так называемого поколения х родившихся в разных странах с 1965 по 1982 гг. В годы после войны во Вьетна
13852. Эссе по книге Энтони Берджесса «Заводной Апельсин» (1962) 34.87 KB
  Зиганьшин М. А. Задание по курсу Политическая этика Эссе по книге Энтони Берджесса Заводной Апельсин 1962 Выше огненных созвездийБрат верши жестокий пирВсех убей кто слаб и сирВсем по morder вот возмездиеВ зад пинай voniutshi мир Роман Энтони Берджесса З...
13853. Эссе. Фильм «Ельцин. Три дня в августе» 32.16 KB
  Золотухиной Ирины политология. 4 курс Эссе. Фильм Ельцин. Три дня в августе Ельцин. Три дня в августе художественный фильм снятый журналистами телеканала НТВ о противостоянии членов Государственного комитета по чрезвычайному положению в СССР и политического ру
13854. Эссе «Вам бы встретиться с моим сынком» 24.23 KB
  Эссе Вам бы встретиться с моим сынком И даже если у тебя не получится найти любовь завести семью я лучше изменю этот мир чем позволю ему изменить тебя2 Фильм Кейт Хартман Вам бы встретиться с моим сынком вышел на экран в 2010 году. По сюжету фильма сын г
13855. Dangerous minds 40 KB
  Копысова Е.А. Dangerous minds Приступая к анализу политикоэтических интенции в вышеобозначенном фильме стоит определить как мы будем интерпретировать политическое в данном контексте. Учитывая специфику выбранной картины целесообразно понимать политическое как ...
13856. Профессиональная учительская этика в романе Белл Кауфман «Вверх по лестнице, ведущей вниз» 52.5 KB
  Роман Белл Кауфман Вверх по лестнице ведущей вниз опубликованный в 1960х годах заслужил признание не только в США роман обрел известность стал популярным без преувеличения во всем мире. Действие романа происходит в школе им. Кальвина Куллинджа в НьюЙорке. Главный г