3829

Определение момента инерции маятника Обербека

Лабораторная работа

Физика

Определение момента инерции маятника Обербека Цель работы: изучить вопросы динамики поступательного и вращательного движения, определить момент инерции специального тела – маятника Обербека. Оборудование: лабораторная установка в комплект...

Русский

2012-11-08

109.5 KB

128 чел.

Определение момента инерции маятника Обербека

Цель работы: изучить вопросы динамики поступательного и вращательного движения,  определить момент инерции специального тела – маятника Обербека.

Оборудование: лабораторная установка в комплекте с секундомером, штангенциркуль.

Теория вопроса.

Движение твердого тела, при котором все точки прямой, жестко связанной с телом, остаются неподвижными, называется вращением тела вокруг неподвижной оси. Прямая называется осью вращения.

Движение твердого тела, при котором только одна его точка 0 остается неподвижной, называется движением (вращением) твердого тела вокруг неподвижной точки.

Кинематической характеристикой движения служит угловая скорость тела, равная отношению вектора элементарного угла поворота тела к продолжительности этого поворота

.         (1)

Вектор, характеризующий быстроту изменения скорости тела, называют угловым ускорением

.         (2)

Вращательное действие силы F, вызывающей изменение угловой скорости, характеризуется моментом силы.

Моментом силы F относительно точки 0 называется физическая величина, определяемая векторным произведением радиус-вектора r, проведенного из точки 0 в точку приложения силы, на силу F

.        (3)

Моментом силы  относительно оси Z называют проекцию на эту ось вектора момента силы относительно любой точки, выбранной на данной оси. Значение момента  не зависит от выбора положения точки 0 на оси Z.

Если тело вращается вокруг неподвижной оси Z, то момент силы  и угловое ускорение  связаны соотношением:

,         (4)

где J – момент инерции тела относительно оси вращения.

Момент инерции относительно некоторой оси равен сумме произведений всех материальных точек, образующих механическую систему, на квадраты их расстояний  от данной оси

.  

Твердое тело нужно рассматривать как механическую систему, масса которой непрерывно распределена по всему объему тела, так что момент инерции тела

.        (5)

Подсчет момента инерции тела относительно произвольной оси облегчается применением теоремы Штейнера: момент инерции тела J относительно любой оси равен сумме момента инерции  относительно оси, параллельной данной и проходящей через центр масс тела, и произведения массы тела на квадрат расстояния a между осями

.        (6)

Уравнение (4) представляет собой уравнение динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси.

Выведем рабочую формулу для определения момента инерции тела на основе уравнения динамики вращательного движения. Угловое ускорение тела связано с тангенциальным ускорением точек, находящимся на расстоянии R от оси вращения, выражением:

.         (7)

Так как нить нерастяжима и невесома, ускорение a, в свою очередь, получим из выражения:

,         (8)

где h – линейный путь гири за время ее движения t.

Подставим (8) в (7), найдем угловое ускорение тела:

.         (9)

В маятнике Обербека вращающий момент создается привязанной к шкиву на нити опускающейся гирей и равен произведению силы натяжения нити T на радиус шкива R:

.         (10)

Найдем силу натяжения нити. На подвешенную к нити гирю массой m действуют сила натяжения нити T и сила тяжести mg. Согласно второму закону Ньютона

.        (11)

Так как сила натяжения нити T, действующая на гирю, направлена вверх, а сила тяжести и ускорение нити – вниз по нити, то, спроектировав (10) на ось, направленную по нити вниз, получим

.        (12)

Подставив (12) в (10), получим

       (13)

или с учетом (8):

.       (14)

Подставляя (13) и (8) в (14), находим момент инерции:

.       (15)

Проведя преобразования, окончательно получим

.       (16)

Измерение и обработка результатов.

Задание 1: определение момента инерции маятника Обербека.

D

R

h

Положение грузов

t

J

м

м

м

п/п

с

с

0,6

Верхнее

1

17,23

17,65

0,01

0,008

2

17,65

3

18,07

Среднее

1

13,23

13,07

0,006

2

12,99

3

12,99

Нижнее

1

8,43

8,49

0,002

2

8,59

3

8,45

;          ;

;  ;

;

;

;

Задание 2: проверка теоремы Штейнера.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57634. Особенности кредитования предприятий оптовой и розничной торговли в ООО Банк «Элита» 150.65 KB
  Кредитные операции – это отношения между кредитором и дебитором (заемщиком) по поводу предоставления (получения) во временное пользование денежных средств, их возврата и оплаты.
57635. Fast Food (Advantages and disadvantages) 52.5 KB
  On previous lessons we were speaking about favourite recipes, different kinds of food and about ways and methods of cooking. So, let’s revise. Look on the board, please and tell what you have or don’t have in the fridge? Use your home exercise.
57636. You are as many times a man as many foreign languages you know 45.5 KB
  The people of Babylonia were rich and powerful. They were happy. They love each other and enjoyed working together. But one thing was lacking. Man had only the Earth to enjoy. Because God had kept heaven for himself and his evangels.
57637. Моє улюблене зимове свято 66.5 KB
  In Ukraine this tradition is celebrated on 19 December. Young children put their shoes or boots in front of the chimneys and sing songs. On the next morning they will find a small present in their shoe/boots, ranging from a bag of chocolate coins to a bag of marbles or some other small toy.
57638. INFINITIVE 91 KB
  Use the correct form of the Infinitive: Speak louder if you want... (to hear, to be heard) Don’t talk too much if you want people...(to listen, to be listened) to you. Ask yourself always: how can this... (do, be done). I am glad... (to take, to be taken) your advice.
57639. Travelling. The Visit to Kyiv 55.5 KB
  What is it? Railway station. Imagine that we will go to a trip to Kyiv. This is the map of the centre of Kyiv. So, the topic of our lesson is “The Visit to Kyiv”. Children, who helps us to know more about interesting places?
57640. Kyiv is the capital of Ukraine. Main cities 11.79 MB
  Good morning! I`m glad to see you Come here, make a circle and say a compliment. Choose a card and choose your team. They are: Tulips, Roses, Daffodils. We shall compete in some tasks and I will give you the scores. I wish you good luck.
57641. Languages of the world 128.5 KB
  You see that the first language in the list is Mandarin (Chinese) and the second is English. 6-й слайд Teacher: What do we know about languages? The oldest written language is Egyptian Mandarin Chinese is spoken by 700 million people. India has 845 languages.