90265

Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла

Лабораторная работа

Физика

Изучение маятника Максвелла и определение с его помощью момента инерции твердых тел. Физические явления лежащие в основе эксперемента В основе эксперимента лежат такие физические явления как явление всемирного тяготения опускание маятника поступательное движение маятника явление возникновения...

Русский

2015-06-01

285 KB

0 чел.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Кафедра общей и технической физики

Лабораторная работа №7

«Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла»

По дисциплине:                                 Физика

(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

Выполнил: студент  гр. ДГ-13-2          ________                 /Евсенкова А.О./ 

                                                         

Проверил:   аспирант                            ________               /Виноградова А.А./ 

                                (должность)                                                  (подпись)                                       (Ф.И.О.)                     

Санкт-Петербург

2015

Цель работы - изучение маятника Максвелла и определение с его помощью момента инерции твердых тел.

Краткое теоретическое обоснование.

  1.  Физические явления лежащие в основе эксперемента

В основе эксперимента лежат такие физические явления, как явление всемирного тяготения (опускание маятника, поступательное движение маятника), явление возникновения момента инерции при вращательном движении маятника.

  1.  Основные физические законы.

Закон сохранения энергии

Момент инерции твердого тела в данной работе рассчитывается по формуле выведенной на основе закона сохранения энергии.

E = En = mgh - полная энергия маятника в начальном положении (при закреплении его на верхнем кронштейне), численно равная его потенциальной энергии.

E = Eк = Eкn + Eквр = 0,5mv2 + 0,5Jw2 - полная энергия маятника в нижней точке движения, равная сумме кинетических энергий поступательного и вращательного движений.

  1.  Физические величины и их определения.

Момент инерции системы

Величина  , равная сумме произведений масс  всех материальных точек, образующих механическую систему, на квадраты их расстояний от данной оси, называется моментом инерции системы относительно этой оси:

Таким образом, момент импульса тела относительно осиравен

где - момент инерции тела относительно оси вращения .

,

где проекция вектора углового ускорения  на ось вращения , а  это проекция момента сил на ось вращения (в нашем случае ось OZ).

Из последней формулы видно, что обратно пропорционально моменту инерции

Следовательно, момент инерции тела относительно оси является мерой инертности тела в его вращении вокруг этой оси.

Схема установки.

1. Основание установки.

7. Подвижный нижний кронштейн.

2. Электронный секундомер.

8. Колонка.

3. Фотоэлектрический датчик.

9. Верхний кронштейн, прикрепленный неподвижно к колонке X

4. Нити.

10. Электромагнит.

5. Диск маятника.

11.Фотоэлектрический датчик.

6. Ось маятника.

12. Сменные кольца.

Расчетные формулы.

J - момент инерции; кгм2

    J =,кг*м2 ,где                                        

m - масса маятника; кг

г - радиус оси маятника; м

g - ускорение свободного падения; 10м/с2

t - время падения маятника: с

h - длина маятника; м

Jт= Jо + Jд + Jк

Jо=mоRо2/2

Jk=mк(Rk2+Rд2)/2

Jд=mд(Rд2+ Rо2)/2

Jо -момент инерции оси маятника

Jк - момент инерции кольца

Jд - момент инерции диска

Rк и Rд- радиусы диска и кольца

Формула для вычисления косвенных измерений

Средняя квадратичная погрешность:

Таблицы для записи результатов измерений

№опыта 

Кольцо № 1

м

h

С

с

кг

кг

м

м

м

м

1

2.165

2.102

0.263

0.397

0.0525

2

2.084

2.102

0.263

0.397

0.0525

3

2.086

2.102

0.263

0.397

0.0525

4

2.113

2.102

0.263

0.397

0.0525

5

2.107

2.102

0.263

0.397

0.0525

6

2.111

2.102

0.263

0.397

0.0525

7

2.075

2.102

0.263

0.397

0.0525

8

2.101

2.102

0.263

0.397

0.0525

9

2.086

2.102

0.263

0.397

0.0525

10

2.098

2.102

0.263

0.397

0.0525

№опыта 

Кольцо № 2

м

h

с

с

кг

кг

м

м

м

м

1

2.281

2.209

0.3945

0.397

0.0525

2

2.229

2.209

0.3945

0.397

0.0525

3

2.258

2.209

0.3945

0.397

0.0525

4

2.279

2.209

0.3945

0.397

0.0525

5

2.182

2.209

0.3945

0.397

0.0525

6

2.164

2.209

0.3945

0.397

0.0525

7

2.172

2.209

0.3945

0.397

0.0525

8

2.174

2.209

0.3945

0.397

0.0525

9

2.177

2.209

0.3945

0.397

0.0525

10

2.175

2.209

0.3945

0.397

0.0525

№опыта 

Кольцо № 3

м

h

с

с

кг

кг

м

м

м

м

1

2.183

2.219

0.5245

0.397

0.0525

2

2.223

2.219

0.5245

0.397

0.0525

3

2.275

2.219

0.5245

0.397

0.0525

4

2.195

2.219

0.5245

0.397

0.0525

5

2.252

2.219

0.5245

0.397

0.0525

6

2.234

2.219

0.5245

0.397

0.0525

7

2.233

2.219

0.5245

0.397

0.0525

8

2.231

2.219

0.5245

0.397

0.0525

9

2.192

2.219

0.5245

0.397

0.0525

10

2.172

2.219

0.5245

0.397

0.0525

1 кольцо

 

2 кольцо

 

3 кольцо

 

Расчет погрешностей эксперимента.

Результат.

  

Вывод: проделав данную лабораторную работу мною было изучено строение маятника Максвелла, в результате опытов было найдено три значения момента инерции для сменных колец различной массы, т.е. для различных масс маятника Максвелла. Из результатов опыта видно, что с увеличением массы маятника увеличивается и момент инерции.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37842. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ ФИЛЬТРОВ 132 KB
  Схема полосового фильтра Резонансная частота = 2457 кГц Для определения левой и правой резонансной частоты возьмем максимальную точку на графике и...
37843. ПРИБЛИЖЕНИЕ ФУНКЦИЙ МЕТОДОМ НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ 304 KB
  Метод среднеквадратического приближения функций заданных набором экспериментальных данных называется методом наименьших квадратов МНК. Рассмотрим применение метода наименьших квадратов для среднеквадратического приближения функции полиномом степени . Метод наименьших квадратов наиболее просто применить когда искомые параметры входят в аппроксимирующую зависимость линейно.
37844. Комп’ютерна електроніка та схемотехніка. Лабораторний практикум 1.78 MB
  Цель работы: Приобрести минимально необходимые навыки работы с пакетом EWD 4.0. Исследовать схемы пассивных RС – фильтров в частотной и временной области.
37845. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСНОВНЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ 204 KB
  Определить основную погрешность комбинированного измерительного прибора тестера в следующих режимах работы: вольтметра постоянного тока вольтметра переменного тока миллиамперметра постоянного тока. Определить амплитудночастотную характеристику АЧХ вольтметра переменного тока. Построить график АЧХ определить рабочую полосу частот вольтметра. Для поверки вольтметра собрать поверочную схему рис.
37846. ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОСЦИЛЛОГРАФ 595 KB
  Оценить погрешности измерений используя результаты исследования осциллографа и его метрологические характеристики указанные в описании. Объекты измерений задаются преподавателем. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ Цель работы – ознакомление с методами обработки результатов прямых и косвенных измерений при однократных и многократных измерениях. 2 при наличии относительно больших случайных погрешностей число измерений и уровень случайных погрешностей задаются преподавателем.
37848. Розробка алгоритмів задач з використанням складних структур 163 KB
  Преподаватель Егорова Кривой рог 1997 Контрольні запитання: Яка структура має назву списки Яким чином у мові С описується список Що таке стек Що таке черга Чим відрізняється черга від стека та списку Теоретичні відомості: Покажчики. Кількість елементів у послідовності називається довжиною списку. При роботі з списками часто доводиться виконувати такі операції: знайти елемент із заданною властивістю; визначити iй елемент у лінійному списку; внести додатковий елемент до або після вказанного вузла; вилучити певний елемент зі...
37849. Знайомство з середовищем програмування DELPHI 411.5 KB
  Borlnd Delphi 7 Studio дозволяє створювати самі різні програми: від найпростіших одновіконних додатків до програм керування розподіленими базами. 5 яких можна побачити відсунувши убік вікно форми треба набирати текст програми. На початку роботи над новим проектом це вікно редактора коду містить сформований Delphi шаблон програми. Так на етапі розробки програми називають діалогові вікна.
37850. Створення форм 66.5 KB
  Помістити обєкт Lbel у вікно форми Form1. Вибрати в палітрі компонентів на сторінці стандартних компонентів компонентів Lbel. Обєкт буде доданий у форму і за замовчуванням одержить імя Lbel1. Перемістити обєкт Lbel1 на бажане місце у формі.