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

13015. Алгоритм визуализации картографической информации. Методы формирования картографических срезов 83 KB
  Для получения картографического изображения некоторой прямоугольной области земной поверхности задаваемой географическими координатами на экране устройства отображения предлагается метод суть которого состоит в следующем: Сначала задаются элементы содержания в ...
13016. ОРГАНІЗАЦІЯ ОБЛІКУ ВИТРАТ ТА МЕТОДИКА АНАЛІЗУ СОБІВАРТОСТІ ПОСЛУГ 757 KB
  Метою дипломної роботи є вироблення теоретико-методичних положень щодо формування системи обліку та управління виробничими витратами. А також удосконалення методики калькулювання собівартості, що дасть змогу спростити процедуру обліку операційних витрат виробництва.
13017. Принципы построения баз картографических данных в агротехнических геоинформационных комплексах 425 KB
  План 6.1. Модель графических данных. 6.2. Логическая и физическая организация баз картографических данных 6.1. Модель графических данных Процесс проектирования БГД представляет собой сложный процесс определения отображения: Предметная область Схема вну...
13018. Понятие агротехнических геоинформационных комплексов 195.5 KB
  Введение. Понятие агротехнических геоинформационных комплексов. Данный курс лекций является обобщением результатов исследований и разработок проведённых под руководством автора и относится к области построения интерактивных геоинформационных комплексов опер...
13019. Исследованию по факту пожара в МБОУ «Майминская СОШ №2» 780.09 KB
  Анализ особенностей осмотра места происшествия связанного с пожаром, изучение и анализ документов, составляемых в связи с пожарами – заключения технического специалиста, постановления об отказе в возбуждении уголовного дела, исследование практики в этой области.
13020. Проектирование АГК как сложной человеко-машинной системы 185.5 KB
  Проектирование АГК как сложной человекомашинной системы. Системный подход В.М.Глушкова является достаточно хорошей основой для создания компонентов АГК работающих в статике. Однако основной чертой таких комплексов является их работа в динамике. Они должны успевать...
13021. Основные свойства картографических моделей местности. Общая характеристика географической карты 2.74 MB
  1. Основные свойства картографических моделей местности. Термин картографическая модель подразумевает искусственно созданный объект который отображает и воспроизводит важнейшие свойства исследуемого объекта. Картографические модели каким соответствуют географ...
13022. ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕНЫ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ 169.5 KB
  Лабораторная работа № 3 ИССЛЕДОВАНИЕ СМЕНЫ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ Многочисленными экспериментами установлено существование двух режимов течения жидкости: ламинарного и турбулентного. Наличие того или иного режима определяется отношением сил инерции к вязкости назыв