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

81402. Основные положения социальной политики в отношении пожилых людей 37.81 KB
  Устойчивое повышение уровня и качества жизни поддержание социально приемлемого образа жизни граждан старшего поколения осуществляется с учетом специфики положения возрастной и иной дифференциации пожилых людей национальных традиций конфессиональных и других различий по следующим основным направлениям: 1. усиление правовой защиты граждан пожилого возраста путем продвижения в действующее законодательство специальных норм способствующих реализации конституционных гарантий их прав осуществления комплексных мер оказания правовой и иной защиты...
81403. Социальное обслуживание пожилых людей 37.36 KB
  Традиционно в нашем обществе сложились три направления деятельности органов социальной защиты населения в том числе пожилых людей и старых людей: социальная помощь представление старым людям льгот и преимуществ; социальное обслуживание; организация пенсионного обеспечения. Для Большинства пожилых людей выход на пенсию это снижение доходов в полтора два и более раз. Отсутствие возможности у пожилых людей самостоятельно или с помощью родственников удовлетворять свои потребности не всегда должно являться основанием для помещения в...
81404. Формы социального обслуживания пожилых людей 35.74 KB
  Обязательным минимумом в работе таких центров является наличие трех отделений: социальной помощи на дому временного дневного пребывания срочной социальной помощи Основными задачами и функциями центров являются: выявление престарелых нуждающихся в социальной поддержке; определение конкретных видов и форм помощи лицам нуждающимся в социальной поддержке; привлечение государственных и общественных организаций для совместной работы; предоставление различных социальнобытовых услуг разового или постоянного характера лицам нуждающимся в...
81405. Инвалиды как объект социальной работы и социологического анализа 40.01 KB
  Социальная защита инвалидов это система гарантированных государством экономических социальных и правовых мер обеспечивающих инвалидам условия для преодоления замещения компенсации ограничений жизнедеятельности и направленных на создание им равных с другими гражданами возможностей для участия в жизни общества. Индивидуальная программа реабилитации инвалидов это комплекс оптимальных для инвалида реабилитационных мероприятий включающий в себя отдельные виды формы объемы сроки и порядок реализации медицинских профессиональных и др....
81406. Основные категории жизнедеятельности, определяющие установление соответствующей группы инвалидности 37.26 KB
  Критериями установления І группы инвалидности является ограничение одной или нескольких категорий жизнедеятельности в значительной степени: ограничение самообслуживания III ст.; ограничение способности самостоятельно передвигаться III ст.; ограничение способности к обучению III ст.; ограничение способности к трудовой деятельности III ст.
81407. Основные институты реализации программы трудоустройства инвалидов. Приведите конкретные примеры 32.89 KB
  Государство обеспечивает дополнительные гарантии гражданам испытывающим трудности в поиске работы путем разработки и реализации программ содействия занятости создания дополнительных рабочих мест и специализированных организаций включая рабочие места и организации для труда инвалидов установления квоты для приема на работу инвалидов а также путем организации обучения по специальным программам и другими мерами. Квота для приема на работу инвалидов устанавливается в соответствии с Федеральным законом О социальной защите инвалидов в...
81408. Семья как социальный институт, структура и функции социального института семьи 36.14 KB
  Семья социальная группа основанная на родственных связях по браку по крови. В зависимости от форм брака: Моногамная семья состоящая из двух партнёров. Полигамная семья один из супругов имеет несколько брачных партнёров. В зависимости от пола супругов: Однополая семья двое мужчин или две женщины совместно воспитывающие приёмных детей искусственно зачатых или детей от предыдущих гетеросексуальных контактов.
81410. Девиантное поведение как социальный феномен. Специфика девиантного поведения подростков 41.74 KB
  Специфика девиантного поведения подростков. Основными формами девиантного поведения являются: пьянство наркомания преступность проституция самоубийство гомосексуализм. Объяснения причин девиантного поведения: Биологическое люди по своему биологическому складу предрасположены к определенному типу поведения. Девиантное поведение подростков не соответствует закономерностям взрослого отклоняющегося поведения.