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

127 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

29382. Качества полноценного навыка чтения и пути их формирования 44 KB
  Качества полноценного навыка чтения и пути их формирования Овладение учащимися полноценным навыком чтения является важнейшим условием успешного обучения в школе по всем предметам. Навык чтения – это автоматизированное умение по озвучиванию печатного текста предполагающее осознание идеи воспринимаемого произведения и выработку собственного отношения к читаемому. В методике наряду с термином навык чтения употребляется термин техника чтения. Техника чтения обозначает все три компонента процесса чтения: восприятие произнесение понимание.
29383. Этапы работы над литературным произведением в начальных классах 61 KB
  Этапы работы над литературным произведением в начальных классах Основываясь на литературоведческих закономерностях построения художественного произведения на психологии восприятия художественного произведения младшими школьниками а так же на собственно методических положениях о чтении художественного произведения в начальных классах современная методика чтения выделяет следующие этапы работы над художественным текстом: подготовка к восприятию художественного произведения первичное восприятие проверка первичного восприятия анализ...
29384. Научно-методические принципы изучения литературных произведений в начальных классах 50.5 KB
  Принцип целенаправленности Этот принцип гласит: изучение произведения в том числе и его анализ должны быть целенаправленным. Изучение произведения в начальной школе всегда преследует две группы целей. 1 Коррекция субъективного первичного восприятия произведения объективным смыслом текста углубление восприятия прочитанного постижение художественной идеи и авторской позиции – полноценное восприятие художественного текста. 1 Основная цель каждого урока литературы – освоение художественной идеи произведения.
29385. Методика чтения и изучения эпических произведений. Модель урока литературного чтения по изучению рассказа (сказки) 35.5 KB
  Модель урока литературного чтения по изучению рассказа сказки Эпос – один из трёх родов литературы повествовательный род. Их захватывает острый занимательный сюжет сказок необычность обстановки в которой развертываются события; привлекают герои смелые сильные находчивые удалые люди; сказки подкупают своей идейной направленностью: добрые силы всегда побеждают. Сила воздействия образов и сюжета сказки такова что младшие школьники уже в процессе первого чтения ярко проявляют свои симпатии и антипатии к персонажам сказок всецело...
29386. Методика чтения и изучения лирических произведений. Модель урока литературного чтения по изучению стихотворения 42 KB
  Модель урока литературного чтения по изучению стихотворения. В книгах для чтения Родная речь представлены эпические и лирические стихотворения. Анализ эпического стихотворения направлен на выяснение сюжета раскрытие особенностей действующих лиц идеи произведения его художественного своеобразия. В эпических стихотворениях часто используется диалог что позволяет автору живо описать событие как бы включить самого читателя в круг описываемых событий.
29387. Современные концепции начального литературного образования 33 KB
  приоритетная задача курса углубление интереса к чтению и литературе осознанию учеником значения читательской деятельности как средства успешности обучения и развития человека формирование умений работать с произведениями разного жанра вида и стиля; расширение круга классических и современных произведений при литературном анализе которых особое внимание уделяется сравнению произведений разных авторов жанров и тематики а также моделирующей деятельности учащихся; частью курса является Литературное слушание идея которой – в...
29388. Пропедевтический этап в системе литературного образования школьников 49 KB
  Важнейшей особенностью предмета является формирование и развитие навыка чтения а также таких качественных характеристик чтения как сознательность и выразительность. Развитие навыка чтения предполагает на первом году обучения становление механизма чтения овладение слоговым и комбинированным способами чтения; на втором году обучения – интенсивное овладение способом чтения целыми словами наращивание темпа чтения освоение способа чтения молча; на третьем году обучения – становление способа чтения целыми словами в темпе соответствующем...
29389. Принципы построения учебных книг по литературному чтению: традиционное и инновационное. Детские книги как особый учебный материал для формирования читателя 23 KB
  Эту функцию выполняет учебник. Учебник рассматривает текст как информационное поле на котором состоится встреча автора и читателя. Типы книг для начальной школы: Обязательные: учебник хрестоматия учебникхрестоматия Факультативные: справочник энциклопедия словари рабочие тетради Принципы организации учебника: тематический по темам жанровый стихи рассказы сезонный Виды вопросов и заданий в учебниках: до текста и после текста репродуктивные на выявление первичного восприятия на анализ на синтез продуктивные...
29390. Урок литературного чтения и его особенности. Моделирование урока литературного чтения в логике одной из образовательных программ (на примере одного литературного произведения) 57 KB
  Урок литературного чтения и его особенности. Моделирование урока литературного чтения в логике одной из образовательных программ на примере одного литературного произведения Современный урок литературного чтения имеет свои особенности: Каждый урок рассматривается как часть более широкой системы литературное развитие школьника Урок – это этап в изучении литературного произведения Урок – это художественнопедагогическое целое содержание форма уока будет определяться жанром и особенностями произведения а так же художественным миром...