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

181 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

34591. ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ В ДОФЕОДАЛЬНЫЙ ПЕРИОД 22.91 KB
  ВОСТОЧНЫЕ СЛАВЯНЕ В ДОФЕОДАЛЬНЫЙ ПЕРИОД Составитель: Л. Степанова Появление славян как самостоятельного этноса согласно археологическим материалам произошло еще в первое тысячелетие до н. славяне известны под именем антов и венедов. в источниках появляется имя славяне.
34592. ДРЕВНЕРУССКОЕ ГОСУДАРСТВО: ЗАКОНОМЕРНОСТИ И ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ, СОЦИАЛЬНЫЙ И ПОЛИТИЧЕСКИЙ СТРОЙ (IX – начало XII вв.) 21.55 KB
  Но произошло это объединение в результате похода князя Олега датируемого летописью 882 годом при активном участии его Руси – варяжской дружины вместе с другими племенами Поильменья. Рассматривая особенности политического устройства Киевской Руси следует выделить такой родоплеменной пережиток как наследование великого княжения по старшинству. Это заставляло всю многочисленную родню Рюриковичей время от времени менять свое пребывание в одном из княжеств и перебираться в другое что не способствовало ни укреплению центральной власти в Киеве...
34593. США во Второй мировой войне 14.25 KB
  Когда УВП не удалось взять под свой контроль добычу и поставки сырья Рузвельт создал сначала управление экономической стабилизации а затем управление военной мобилизации наделенное чуть ли не диктаторскими полномочиями. Комиссия по справедливому найму которую Рузвельт был вынужден создать под угрозой негритянского марша на Вашингтон во главе с Филипом Рэндолфом председателем профсоюза железнодорожных проводников помогла афроамериканцам бороться с дискриминацией в военной промышленности особенно после того как в 1943 Рузвельт наделил...
34594. США в конце XX – начале XXI вв 15.84 KB
  Укрепление политического экономического военного лидерства в мире стало ведущей идеей политики США во второй половине XX начале XXI в. Этому способствовало с одной стороны ключевое положение США в ООН в составе 5 государств членов Совета Безопасности а с другой активное участие в создании НАТО сети других военнополитических блоков. Была развернута сеть военных баз и объектов США в Европе в государствах участниках НАТО на Дальнем Востоке и в бассейне Тихого океана в Латинской Америке и зоне Карибского бассейна на Ближнем...
34595. Соединенное Королевство: географическое положение, рельеф, природные условия, флора и фауна. Символы 40.5 KB
  Официально же она именуется Соединенное Королевство Великобритании и Северной Ирландии. В целом на их долю приходится приблизительно 1 3 площади Великобритании и бoльшая часть Северной Ирландии. В Северной Ирландии змей нет. Символы: Флаг Соединенного Королевства Великобритании и Северной Ирландии или как его принято называть Юнион Джек Union Jck является сочетанием трех крестов святых покровителей Англии прямой красный крест на белом поле крест Св.
34596. Столетняя война 17.15 KB
  Столетняя война наименование длительного военного конфликта между Англией и Францией 13371453 вызванного стремлением Англии вернуть принадлежавшие ей на континенте Нормандию Мен Анжу и др. а также династическими притязаниями английских королей на французский престол. война между Англией и Францией. причины войны: стремление Франции вытеснить Англию с югозапада страны провинция Гиень и ликвидировать этот последний оплот английской власти на франц.
34597. Династия Тюдоров. Генрих VII 19.17 KB
  Генрих VII Генрих VII Тюдор 28 января 1457 – 21 апреля 1509 – король Англии и государь Ирландии 1485 – 1509. Родители: Эдмунд Тюдор 1й граф Ричмонд; единоутробный брак короля Генриха VI Маргарита Бофорт. 1471 – гибель Генриха VI и принца Уэльского Генрих – почти единственный родственник Ланкастеров. Генрих поклялся в Ренне в случае захвата власти жениться на дочери Эдуарда IV Елизавете Йоркской.
34598. Реформация, противостояние католиков и протестантов 12.42 KB
  Первоначально Генрих VIII был противником Реформации книга против Лютера В защиту 7 таинств 1521 г. Генрих был женат на Екатерина Арагонской единственный ребенок – девочка Мария Тюдор. Поняв что мальчиков не будет Генрих решил добиться развода однако Папа Римский Климент VII на это не согласился. Генрих обвинил английское духовенство в неповиновении статуту статут запрещал признавать любое лицо назначенное Папой без утверждения королем заставил духовенство признать себя главой церкви Англии.
34599. Мария Тюдор 20.58 KB
  Известна как Мария Кровавая Мария Католичка. Мария была единственным выжившим ребенком Генриха от его первой жены Екатерины Арагонской. Франциск I король Франции стремился укрепить свои позиции через свадьбу Марии и французского дофина решение принято осенью 1518 Мария должна выйти замуж по достижении дофином 14летнего возраста если у Генриха не появится наследник мужского пола то корону наследует Мария.