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

35140. Использование встроенных средств SQL-сервера InterBase для создания и использования базы данных 127 KB
  оздание БД интерфейсными средствами WISQL. Выполняется путем использования функции WISQL File Create Database. Диалог создания БД показан на рисунке 1. В поле Location Info устанавливается переключатель Local Engine
35142. Программная реализация выборки и модификации данных в базе данных Interbase 56.5 KB
  При этом сохранение результатов редактирования выполняется путем вызова рассмотренной ранее функции pplyUpdtes класса TBDEDtSet и всех его потомков например компонента Query содержимое выборки которого редактируется и кэшируется которая выполняет отправку в БД закэшированных на клиентской стороне изменений. Пример реализации функции обработки события OnUpdteRecord: void __fstcll TDtModule1::Query1UpdteRecordTDtSet DtSet TUpdteKind UpdteKind TUpdtection Updtection { switch UpdteKind { cse ukModify: brek; cse ukInsert:...
35143. АИС Магазин бытовой техники и электроники 419.63 KB
  Проектирование функциональных особенностей системы 5. Требуется создание информационной системы использование которой будет способствовать повышению эффективности работы всех отделов компании и обеспечивать ведение учета в единой системе. В расчетном задании предполагается осуществить представление информационной системы которая будет вести реестр создавать отчеты и генерировать заказы. Иметь оперативную связь между всеми пользователями системы содержать все необходимые данные о технике.
35144. Создание и заполнение справочников 8.26 MB
  Выполнить действия: А Выбрать пункт меню Справочник щелчком левой кнопки мыши Б Выбрать команду Фирмы щелчком левой кнопки мыши если разрешен учет по нескольким фирмам В Нажать клавишу SHIFTENTER для ввода новой фирмы Астра Г Заполнить реквизиты фирмы 2. Выполнить действия: А Выбрать пункт меню Справочник щелчком левой кнопки мыши Б Выбрать команду Места хранения щелчком левой кнопки мыши В Нажать клавишу Insert для ввода нового элемента Г в пункте Тип выбрать Склад Д в пункте Вид склада выбрать Склад оптовый Е Можно ввести...
35145. Ввод начальных остатков 2.75 MB
  12 в пункте Сумма: ничего не вводим в пункте Содержание операции: ввести для чего предназначена данная операция и Enter 4 Переходим к заполнению табличной части: А введем остатки по уставному фонду для Кливер и Русь колонка Дт – это дебет счета. Из выпадающего меню выбираем счет 00 это специально придуманный счет используемый только для введения остатков в данной программе и ENTER ENTER колонка Кт – это кредит счета. Из выпадающего меню выбираем счет 40 Уставной фонд и ENTER ENTER колонка СубконтоКт – это объект...
35146. Учет поступления материальных ценностей 16.32 MB
  Д в пункте Поставщик Контрагент из выпадающего меню выбрать группу Поставщики а затем элемент Ротонда Е в пункте Примечание можно дать краткую характеристику о вводимой информации Ж в пункте Номер счета поставщика задать номер З перейдем к заполнению табличной части: в колонке ТМЦ справочник номенклатура выбрать группу Товары элемент Костюм женский в колонке Ед. выбрать шт в колонке Колво ввести 31 все остальные колонки заполнятся автоматические ввести также товары костюм мужской и пиджак мужской и ОК И в результате...
35147. Информационные системы. Общие сведения 10.58 MB
  К средствам извлечения информации относятся: штатные средства ручного ввода клавиатура мышь; средства автоматизированного ввода с твердых копий сканеры; специализированные средства ручного ввода дигитайзеры световые перья сенсорные экраны; средства ввода речевой информации; средства ввода данных с аппаратуры датчики измерительные устройства аппаратура связи. Это программное обеспечение может быть как достаточно простым и предполагать только передачу операционной системе данных от аппаратных компонентов так и сложным...
35148. редства удалённого выполнения заданий в Windows 38 KB
  Планировщик заданий Windows осуществляет настройку как для локального компьютера так и для удаленной системы. На удаленных системах эта возможность обеспечивается совместной работой нескольких служб и программ: Планировщик заданий это стандартная служба Windows управляющая планировщиком заданий. Создание заданий на локальном компьютере осуществляется через: ПускВсе программыСтандартныеНазначенные задания Создание заданий на удаленном компьютере осуществляется через: Сетевое окружениеОтобразить компьютеры рабочей группывыбираем...