50920

Изучение законов динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси на маятнике обербека

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: Экспериментальная проверка зависимостей между физическими величинами характеризующими вращение твердого тела вокруг неподвижной оси. В этой модели считается что трение в оси блока 8 отсутствует этот блок невесом а момент сил трения Μтр в оси блока с крестовиной не зависит от угловой скорости вращения.1 Поэтому если нанести экспериментальные точки Нiti2 на координатную плоскость по оси абсцисс которой откладывается Н а на оси ординат – t2 то экспериментальные точки должны лежать на прямой; Обозначим в 1.

Русский

2014-02-02

110 KB

1 чел.

Лаборотонрая работа М-5

Изучение законов динамики вращательного движения

твердого тела вокруг неподвижной оси на маятнике обербека

1. Цель работы:

Экспериментальная проверка зависимостей между физическими величинами, характеризующими вращение твердого тела вокруг неподвижной оси.

2. Приборы и принадлежности: маятник Обербека, комплект перегрузов, миллисекундомер.

Модель I. В этой модели считается, что трение в оси блока (8) отсутствует, этот блок невесом, а момент сил трения Μтр, в оси блока с крестовиной не зависит от угловой скорости вращения. В этих условиях ускорение груза массой m постоянно на всем отрезке  Н и равно:

где r – радиус намотки, I – момент инерции блока с крестовиной (r=r1 либо r2, I  - определяется положением грузов массой m´ каждый и моментом инерции блока без грузов I0).

С другой стороны, на основании кинематических соображений, если а – постоянная величина, то , где Н – задаваемое перемещение груза, t – измеренное время его движения. Тогда

(1.1) .

формула  (1.1) является основной для работы в рамках модели I.

Задание 1.1  Проверка независимости момента сил трения Μтр  от угловой скорости вращения блока.

Идея проверки

Если Μтр  не зависит от угловой скорости вращения, то при различных Н правая часть формулы (1.1) постоянна и зависимость (t2) от H должна быть линейной:

          (1.1.1)

Поэтому, если нанести экспериментальные точки i,ti2) на координатную плоскость, по оси абсцисс которой откладывается Н, а на оси ординат – (t2), то экспериментальные точки должны лежать на прямой;

Обозначим в (1.2) t2=y, Н=х, 2/а=k. Тогда y=kx

В приложении III показано, что наилучшее в смысле МНК значение коэффициента k для зависимости имеет вид:

         (1.1.2)

где суммирование производится по всем задаваемым Hi и измеренным ti. Найдите k по формуле (1.3) и проведите на координатной плоскости (Н,t2) эту наилучшую в смысле МНК прямую. Для применения Х2 – критерия следует далее вычислить величину

где yi=2tti – погрешность в определении величины  yi=ti2 в i-м измерении. Поскольку ti определяется прямым образом, то

При использовании электронных измерителей времени с цифровой индексацией можно принять ti разб >>ti град и ti отсч. Поэтому ti разбti

Тогда для величины yi=ti2 погрешность будет равна

yi=2titi 

Таким образом

Затем величину S сравните с табличным значением для Х2 – критерия так, как это делалось в работе (М-1), и найдите уровень значимости проверяемой гипотезы о независимости Мтр от угловой скорости вращения.

 

Задание 1.3  Определение момента инерции ступенчатого блока с крестовиной и момента сил трения

       

                  H(см)

 

                     65

                   60

                   55

                   50

                   45

                   40

                   35

                   30

                   

                                   9       10        11         12      13       14       15  t^2  

14,19028

13,30279

12,15428

11,20240

10,73676

9,9856

9,717559

 H(см)

6

0,0360

 3,7670

0,0233

 3,850

 3,6473

0.0151

 3,593

 3,4863

0,0276

 3,701

 3,750

  3,660

0,0284

 3,3470

 3,450

 3,510

 3,689

0,0166

 3,2767

 3,410

 3,499

 3,1600

 3,326

 3,295

 3,336

 3,210

 3,200

 3,294

 3,145

 3,135

0,0328

 3,1173

 3,190

 3,110

 3,052

  44

  41

  40

  38

  36

 34

7

5

4

3

2

 32

1

<t^2>

t

 < t >

  t 3

  t 2

  t 1

     m                      t 1                    t 2                        <  t  >                  t

                           3,697                      8,341