3844

ИЗУЧЕНИЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА

Лабораторная работа

Физика

ИЗУЧЕНИЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА Цель работы: определение момента инерции маятника Максвелла. Краткая теория. Маятником Максвелла называют однородный диск с валом (тонким стержнем кругового сечения), проходящим через центр масс диска перпендикулярно его ...

Русский

2012-11-09

62.5 KB

8 чел.

ИЗУЧЕНИЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА

Цель работы: определение момента инерции маятника Максвелла.

Краткая теория.

Маятником Максвелла называют однородный диск с валом (тонким стержнем кругового сечения), проходящим через центр масс диска перпендикулярно его плоскости (рис.1). На концы тела наматывают нити, свободные концы которых закреплены неподвижно на одном горизонтальном уровне. Если нить намотать на вал и отпустить маятник, он начинает движение. При этом центр масс движется поступательно и, кроме того, диск с валом совершают вращательное движение относительно оси симметрии диска. В соответствии с этим движение маятника должно описываться двумя уравнениями динамики – 2-ым законом Ньютона для поступательного движения и уравнением моментов – для вращательной.

  

 Рис. 1. Рис. 2

На маятник действуют силы натяжения нитей и сила тяжести самого маятника, а силами сопротивления движению можно пренебречь (рис.2).

Поступательная часть движения описывается уравнением динамики:

, (1)

где  – масса маятника,  – сила натяжения каждой из нити.

Основной закон динамики для вращательного движения относительно оси симметрии описывается уравнением моментов

, (2)

где  – момент инерции маятника относительно его оси симметрии,  - угловое ускорение;  – радиус вала.

Кроме того, используя кинематическую связь между ускорением поступательного движения маятника вместе с его центром масс и угловым ускорением :

. (3)

Решая совместно (1 – 3), получим выражение для ускорения

. (4)

Очевидно, что ускорение маятника будет тем меньше, чем больше будет момент инерции маятника при неизменной его массе (чем больше будет радиус диска).

Краткое описание определения момента инерции маятника Максвелла

Маятник Максвелла, используемый в работе, отличается от описанного выше тем, что на диск (1) плотно насаживается кольцо (2) (рис.3). Кроме того, вал представляет собой длинную полую трубку.

Пусть масса диска вместе с валом равна , а момент инерции – . Кольцо же имеет массу , а внутренний и внешний радиусы его равны  и  соответственно.

Считая кольцо сплошным, его момент инерции можно вычислить по формуле

. (5)

Уравнение динамики для поступательной части движения имеет вид

, (6)

а для вращательной

 (7)

Тогда ускорение центра масс маятника равно

 (8)

С другой стороны при равноускоренном движении пройденный центром масс путь за время  равен

 (9)

используя (9), выражение (8) запишем как

 

откуда

 (10)

Таким образом, момент инерции маятника можно определить экспериментально, измерив предварительно массы маятника  и кольца , радиус вала , время движения  на пути  и рассчитав по (5) момент инерции кольца .

Измерения

  1.  Внести в таблицу значения масс диска , вала , кольца  
  2.  Измерить внешний радиус вала, внутренний и внешний радиусы кольца (внутренний радиус равен радиусу диска), результаты измерений внести в таблицу.
  3.  Рассчитать по (5) момент инерции кольца, результат внести в таблицу.
  4.  Насадить на диск кольцо.
  5.  Включить прибор, нажав кнопку “Сеть”, кнопка “Пуск” должна быть выключена, нажать кнопку “Сброс”.
  6.  Наматывая нити на вал маятника, поднять его и надежно зафиксировать электромагнитом.
  7.  Отпустить маятник, нажав кнопку “Пуск”.
  8.  Внести в таблицу время движения, зафиксированного на индикаторе времени.
  9.  Измерить путь, проходимый маятником от верхнего положения до фотодатчика, включающего секундомер, результат внести в таблицу.
  10.  Нажать кнопку “Сброс” и повторить измерение времени не менее 10 раз.
  11.  Рассчитать по (10) момент инерции маятника Максвелла, результат внести в таблицу. Расчет проводить для средних значений измеренных величин.
  12.  Рассчитать погрешность определения момента инерции кольца.

Контрольные вопросы

  1.  Объясните сущность метода определения момента инерции маятника Максвелла.
  2.  Проведите расчет момента инерции маятника, результат расчетов сравните с экспериментально полученным результатом.

Примечание: расчетное соотношение (10) приведено для случая, когда диаметр нити пренебрежительно мал по сравнению с диаметром вала. Если же указанные размеры сравнимы (как в используемой установке), к радиусу вала следует добавить диаметр нити (0,58 мм).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40349. Аффективные психозы в позднем возрасте 32.5 KB
  Процессы старения оказывают существенное влияние на психопатологические проявления аффективных фаз частоту их и общее течение заболевания. Синдромальная картина этих фаз характеризуется широким диапазоном клинических проявлений. В этих случаях встречаются практически все клинические разновидности аффективных фаз наблюдающиеся в более ранние возрастные периоды. В этих случаях в клинической картине депрессивных фаз наряду с такими типичными депрессивными симптомами как общая подавленность упадок побуждений и инициативы мрачные...
40350. Биологическая терапия 56.5 KB
  Психофармакотерапия осуществляется с учетом следующих особенностей действия препаратов и реакций больных перенесших черепномозговую травму: 1 используемые препараты могут преимущественно влиять на те или иные мозговые структуры стволовые подкорковые или корковые; правое или левое полушарие мозга; 2 при последствиях травм часто оказываются достаточными малые дозы седативных препаратов; у них чаще и быстрее проявляются побочные эффекты особенно экстрапирамидные и холинолитические; 3 психофармакологические препараты могут давать в...
40351. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ТЕРАПИЯ 24 KB
  Биологическая терапия является основным методом лечения эндогенных и органических психических заболеваний в том числе симптоматических и алкогольных психозов эпилепсии; она используется для купирования психических нарушений пограничного уровня невротических дистимических и психосоматических расстройств а также патохарактерологических девиаций относящихся к кругу расстройств личности психопатий. Биологическая терапия берет свое начало с маляриотерапии примененной J. Целую эпоху в развитии биологической терапии составили шоковые методы...
40352. Болезнь Паркинсона (дрожательный паралич, идиопатический паркинсонизм) 22 KB
  Сам Паркинсон считал что симптомы заболевания связаны с органическим поражением нижних отделов ствола головного мозга и шейного отдела спинного мозга полагая что при этом чувство и интеллект не страдают Лишь позднее J. Позднее были описаны дегенеративные изменения в полосатом теле голубом пятне и других подкорковых структурах а также в коре головного мозга.
40353. Военная экспертиза 37.5 KB
  Ежегодно около 10 призывников признаются негодными к воинской службе вследствие психических болезней и умственной отсталости. При индивидуальной оценке пригодности к несению воинской службы принимаются во внимание также особенности службы в тех или иных родах войск место ее прохождения. Установлено 5 категорий годности к воинской службе: А годен к воинской службе; Б годен к воинской службе с незначительными ограничениями; В ограниченно годен к воинской службе; Г временно негоден к воинской службе; Д негоден к воинской службе.
40354. Галлюцинаторно-параноидный синдром (синдром Кандинского — Клерамбо) 32 KB
  В структуру галлюцинаторнопараноидного синдрома Кандинского Клерамбо входят также псевдогаллюцинации зрительные слуховые обонятельные вкусовые тактильные висцеральные кинестетические обманы восприятия отличаемые больными от реальных объектов и имеющие характер сделанности. В зависимости от превалирования в клинической картине галлюцинаторнобредового синдрома галлюцинаторных или бредовых расстройств выделяют галлюцинаторный и бредовой варианты описываемого синдрома. О галлюцинаторном варианте говорят в случаях преобладания в картине...
40355. ДИСМОРФОФОБИЯ (ДИСМОРФОМАНИЯ) 33.5 KB
  В основе переживаний могут лежать действительные физические недостатки крупный нос полноватая фигура и т. Темой дисморфофобических переживаний чаще всего служат недостатки лица уродливый нос торчащие уши слишком круглое лицо то или иное строение рта форма губ или фигуры чрезмерная полнота или худоба и т. Темой болезненных переживаний может быть не только строение тела но и различные функции в частности неприятный запах кишеч ные газы запах от гениталий изо рта. Тема болезненных переживаний сохраняется в неизменном виде на...
40356. Смешанное расстройство личности. Декомпенсация. Тревожно-фобический синдром 24.91 KB
  До поступления больная жаловалась на постоянную необоснованную ревность к своему мужу мешавшая ей полноценной жизни подозревала всех родных и друзей в измене и лжи. Бабушка отца испытывала тревогу и недоверие к окружающим как сама больная. Младшая сестра пациентки которой 12 лет также страдает энурезом как больная в том возрасте и также испытывает недоверие к родным и друзьям.В позе Ромберга больная устойчива.
40357. Шизофрения, параноидная форма. Парафренный синдром 60.5 KB
  При осмотре кожных покровов: кожа бледно розовая нормальной влажности и температуры пролежней сыпей расчесов участков шелушений нет кровоизлияний сосудистых звездочек нет тургор кожи сохранен. При осмотре видимые слизистые оболочки розовые кровоизлиянийизъязвлений корочек нет. Пальцы и ногти обычной формы барабанных палочек и часовых стекол нет ногти на руках и ногах блестящие ровные исчерченности и ломкости ногтей нет. Питание избыточное подкожножировая клетчатка развита чрезмерно отеков нет.