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

212 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

16793. КОНЪЮНКТУРА РЫНКА ЗОЛОТА РОССИИ 231 KB
  КОНЪЮНКТУРА РЫНКА ЗОЛОТА РОССИИ Конъюнктура рынка золота как и любого другого товара определяется соотношением предложения и спроса на него в разных сферах экономики. Объемы поступления золота зависят от уровня развития золотодобывающей промышленности а тот в сво...
16794. Математический способ повышения представительности геофизического опробования золотосодержащих руд 63.5 KB
  УДК 622 Математический способ повышения представительности геофизического опробования золотосодержащих рудФедянин С.Н. зам. главного геофизика НГМК канд. техн. наук; Нерущенко Е.В. главный геофизик Северного рудоуправления НГМК; Коробов В.А. геолог ОМГТП НГМК В НГМК
16795. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых 620 KB
  МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых Золото рудное Москва 2007 Разработаны Федеральным государственным учреждением Государственная
16796. Минералогические предпосылки и предварительные результаты гравитационного обогащения забалансовых руд месторождения Мурунтау 56 KB
  Минералогические предпосылки и предварительные результаты гравитационного обогащения забалансовых руд месторождения МурунтауКустова Л.А. начальник ЦЗЛ ГМЗ2 Центрального рудоуправления НГМК Черкасов В.Ю. главный инженер ГМЗ2 Центрального рудоуправления НГМК К нас
16797. Теория экономического анализа 499.58 KB
  В процессе изучения дисциплины «Теория экономического анализа» студент получает основные представления о методах и способах анализа хозяйственной деятельности предприятий и организаций, познает и оценивает сущность и тенденции развития системы экономических знаний
16798. Минералого-геохимические особенности поведения благородных металлов в условиях разнообразных природных систем 72 KB
  Минералого-геохимические особенности поведения благородных металлов в условиях разнообразных природных систем. К благородным металлам относятся золото и серебро, а также 6 элементов платиновой группы: рутений, родий, палладий, осмий, иридий и платина...
16799. Организация дежурной службы в частях пожарной охраны 53.05 KB
  Цель изучения темы – формирование у обучаемых соответствующей современным требованиям и нормам степени подготовленности, необходимых знаний, умений и навыков в области организации и несения службы в частях пожарной охраны и обеспечения пожарной безопасности.
16800. Минерально-сырьевой потенциал платиновых металлов России на пороге XXI века 316 KB
  Минеральносырьевой потенциал платиновых металлов России на пороге XXI века Н.М.Чернышов Д.А.Додин Воронежский государственный университет г.Воронеж ВНИИ Океангеология г.СанктПетербург Аннотация Предложена оригинальная классификация платиноидных ме
16801. Намывные россыпи как новый источник получения золота и платины 80 KB
  Намывные россыпи как новый источник получения золота и платины От редакции бюлл. Золотодобыча. Новое как известно часто является хорошо забытым старым. Нижеприведенная статья по мелкому золоту написана в 1932 году но мы уверены что она с интересом будет прочитана и сег...