37731

Определение средней длинны свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха

Лабораторная работа

Физика

Краткое теоретическое обоснование методики измерений Основное уравнение динамики твёрдого тела вращающегося вокруг неподвижной оси имеет вид: 1 Где момент импульса вращающегося тела; момент его инерции относительно оси вращения; угловая скорость вращения и – момент силы....

Русский

2013-09-25

137.5 KB

5 чел.

Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Наименование факультета - ЕНМФ

Наименование выпускающей кафедры – Кафедра водородной энергетики и плазменных технологий

Наименование учебной дисциплины - Физика

Лабораторная работа № 1-05

Наименование работы – Определение средней длинны свободного пробега и эффективного диаметра молекул воздуха.

Исполнитель:

Студент, группы 13А61 (________) Королева Я.Ю.

                                                                                                                                                                          подпись

(_______)

                                                                                                                                    дата

Руководитель, профессор  (_______) Крючков Ю.Ю.

                                                      Должность, ученая степень, звание        подпись

(_______)

                                                                                                                                       дата

Томск –2007

Цель работы: изучение динамики вращательного движения твёрдого тела, проверка справедливости основного уравнения динамики вращательного движения твёрдого тела вокруг неподвижной оси, проверка теоремы Гюйгенса-Штейнера.

Приборы и принадлежности: крестообразный маятник Обербека, грузы известной массы, секундомер, технические весы, разновески, метровая линейка.

Краткое теоретическое обоснование методики измерений

Основное уравнение динамики твёрдого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, имеет вид:

                                                                                                                               (1)

Где - момент импульса вращающегося тела; - момент его инерции относительно оси вращения; - угловая скорость вращения и  – момент силы. Дифференцируя последнее равенство, получим

                                                        (2)

Если вращение осуществляется вокруг неподвижной оси и если момент инерции остаётся постоянным, то уравнение (2) примет вид

                      или                                      (3)

Здесь  и  – момент  инерции и момент силы относительно неподвижной оси z. Угловое ускорение связано с линейным ускорением точек, расположенных на расстоянии r от оси вращения, уравнением

                                                                                                                                   (4)

Линейное ускорение связано с перемещением  и временем перемещения , при условии, что начальная скорость перемещения равна нулю

                                                                                 (5)

Теорема Гюйгенса-Штейнера позволяет определить момент инерции относительно любой другой оси, если она параллельна оси, проходящей через центр масс

                                                       (6)

Где - момент инерции относительно оси, проходящей через центр масс; m- масса тел;- расстояние между осями.

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ ОСНОВНОГО ЗАКОНА ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

Возможны 2 способа проверки:

а) установить линейную зависимость

  при J=const;

б) установить линейную зависимость

при M=const;

a) Первый способ.

- радиус шкива, на который намотана нить;- ускорение падающего груза с платформой; - момент силы трения:

                                                    (7)

В соответствии с теоремой Гюйгенса-Штейнера момент инерции крестовины с надетыми на спицы грузами , равен

Так как  J>> mr2, то последнее равенство примет вид

                                                (8)

Из этой зависимости следует, что отношение  должно быть линейным.

Минимальное значение  определит момент силы трения

                                                       (9)

б) Второй способ.

Подставим в уравнение (8) значение момента инерции системы. Если проводить эксперимент так, чтобы , то можно полагать  незначительными и тогда

                                              (10)

Следовательно, в случае справедливости основного закона динамики вращательного движения вокруг неподвижной оси, а также теоремы Гюйгенса-Штейнера, зависимость должна быть линейной.

Таблица 1

Зависимость углового ускорения от момента силы.

1

0,01

5,76

5,75

5,81

5,77

0,68

0,25

0,01

2

0,02

4,82

4,71

4,84

4,79

0,68

0,25

0,01

3

0,03

4,50

4,50

4,48

4,49

0,68

0,5

0,02

4

0,04

4,19

3,93

4,11

4,08

0,68

0,5

0,02

5

0,05

3,74

3,72

3,77

3,74

0,68

0,5

0,02

Таблица 2

Зависимость углового ускорения от момента инерции.

Примеч.

0,23

0,2

6,85

6,98

7,05

6,96

33,0625

0,78

0,195402

50,1529

0,21

0,2

6,37

6,41

6,46

6,41

27,5625

0,78

0,212058

46,2137

0,19

0,2

5,5

5,54

5,54

5,52

22,5625

0,78

0,24608

39,8245

0,17

0,2

5,04

5,13

5,07

5,08

18,0625

0,78

0,267717

36,6059

Рассчитаем погрешности ускорения, исходя из таблицы 2.

Таблица 3

Вычисление погрешностей ускорения.

0,23031

0,01633

0,04539

0,30875

0,312

                                                        Рис. 1.

Рис. 2.

Вывод: движение твёрдого тела, подчиняющегося уравнению динамики вращательного движения. Теорема Гюйгенса-Штейнера справедлива в пределах ошибок измерений.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37374. Анализ конструкции и наладка станка мод. МР315 4.63 MB
  Выбор станка и анализ его конструкции. Назначение станка техническая характеристика устройство станка. Компоновка станка и его кинематическая схема.
37375. Разработка грунта и устройства фундамента в грунтах 2 группы, в частности грунт – суглинок 2.76 MB
  Подсчет объемов работ приложения Технология и организация строительных процессов.25 Календарный график производства работ.34 Область применения Работы нулевого цикла описанные в данной работе предназначены для возведения сооружения для промышленных целей. Данная технологическая карта рассчитана на разработку грунта и устройства фундамента в грунтах 2 группы в частности грунт – суглинок.
37376. Разработка технологического процесса изготовления детали крышки подшипниковой глухой 420.36 KB
  Выбор технологического оборудования режущего инструмента и способа установки заготовки. Выбор Баз Базирование это придание заготовки или изделию требуемого положения относительно выбрано системы координат. При выборе баз необходимо учитывать два принципа базирования: принцип единства баз который заключается в том что в качестве технологических баз применяют поверхности которые являются также конструкторскими и измерительными базами; принцип постоянства баз − для обработки заготовки или детали...
37378. Разработка базы данных частного охранного предприятия 365.83 KB
  Структура пользовательского интерфейса информационной системы. Функциональный аспект информационной страты. Уровень структурного аспекта информационной страты объекта. Функционально-структурный аспект информационной страты объекта
37380. Анализ конструкции и наладка токарного станка с ЧПУ на обработку типовой детали 1.69 MB
  В данной курсовой работе рассматривается наладка станка с ЧПУ на обработку типовой детали. Подбирается режущий и вспомогательный инструмент. Разрабатывается расчетно-технологическая карта, рассчитываются режимы резания.
37382. Создание информационной системы «Специальное конструкторское бюро» на языке Delphi 1.79 MB
  Просмотр выбор сортировка данных. Наличие в ней языка программирования позволяет создавать сложные системы обработки данных ориентированные на конкретные задачи и даже под конкретного пользователя. Программа будет работать с помощью графического интерфейса и будет хранить данные в базе данных ccess. Так как в СКБ разрабатываются и производятся различные изделия программа будет позволять решать следующие задачи: добавление записей об изделиях в базу данных; редактирование информации об изделиях; удаление из базы данных записей об...