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

13725. Тест биология. Вариант 2 464.59 KB
  ВАРИАНТ 2 Первая часть Укажите участок корня который защищает зону роста А проводящая зона Б корневой чехлик В зона всасывания Г зона растяжения Проводящая система листовой пластинки представлена А жилками. Б прилистниками. В черешком...
13726. Тест биология. Вариант 3 ДПА 117.69 KB
  ВАРИАНТ 3 Первая часть Укажите орган который образуется в результате развития цветка. А почка Б лист В плод Г корень Назовите растение вегетативное тело которого представлено цепочкой клеток одинакового строения. А спирогира Б вольвокс ...
13727. Тест биология. Вариант 4 ДПА 507.42 KB
  1 ВАРИАНТ 4 Первая часть Назовите часть покрытосеменного растения содержащую точку роста. А листовая пластинка Б пестик В чашелистик Г кончик корня Назовите органеллу растительной клетки в которой накапливаются п
13728. Тест биология. Вариант 5 ДПА 145.03 KB
  ВАРИАНТ5 Первая часть Назовите травянистое растение с сидячими листьями. А мята Б бархатцы В кукуруза Г огурец Назовите способ размножения плауна булавовидного. А спорами или семенами Б плодами В семенами Г спорами Назовите тип...
13729. Тест биология. Вариант 6 ДПА 657.1 KB
  ВАРИАНТ 6 Первая часть Назовите тип стебля характерный для пшеницы. А вьющийся Б цепкий В соломина Г ползучий Укажите представителя отдела Голосеменные. А сфагнум остролистый Б кедр сибирский В хвощ полевой Г щитник му...
13730. Тест биология. Вариант 7 ДПА 1.74 MB
  ВАРИАНТ 7 Первая часть 1 Назовите нитчатую зеленую водоросль. А саргассум Б хлорелла В ламинария Г спирогира 2. Назовите подземное видоизменение вегетативного органа образованного путем утолщения дополнительного корня. А микориза Б клубнекор
13731. Тест биология. Вариант 8 ДПА 395.69 KB
  ВАРИАНТ 8 Первая часть Назовите структуру расположенную в пазухе листа древесного растения. А дополнительный корень Б боковая почка В камбий Г соцветие Назовите клеточную структуру хламидомонады отсутствующую в клетках высших растений. А клет
13732. Тест биология. Вариант 9 ДПА 1.99 MB
  ВАРИАНТ 9 1 Назовите внешний слой коры стебля древесного растения А пробка Бкамбий В кожица Г луб 2. Укажите споровое растение А щитник мужской Б сосна обыкновенная В горох посевной Г паслен черный 3. Укажите насекомых которые являются переносчиками...
13733. История отечества. Тест (9-11 классы) 69 KB
  Инструкция по выполнению работы Часть 1 состоит из 65 заданий. К каждому заданию дается 4 варианта ответа только один из которых верный. Часть 2 состоит из 10 заданий. При их выполнении требуется записать развернутый ответ на специальном бланке для записи ответ