9624

Визначення моменту інерції маятника

Лабораторная работа

Физика

Визначення моменту інерції маятника Мета роботи: визначення моменту інерції маятника на підставі закону збереження енергії в механіці (механічна енергія замкненої системи є величина стала). Маятник Максвела призначений для дослідження закону збереже...

Украинкский

2013-03-14

41 KB

11 чел.

Визначення моменту інерції маятника

Мета роботи: визначення моменту інерції маятника на підставі закону збереження енергії в механіці (механічна енергія замкненої системи є величина стала).

Маятник Максвела призначений для дослідження закону збереження енергії та визначення на цій підставі моменту інерції металічних кілець. Маятник Максвела – масивний диск, підвішений на двох нитках, обмотаних навколо осі диска.

Загальний вигляд маятника Максвела, що застосовується в даній роботі, зображено на малюнку.

В основі 12 закріплена колонка 5, до якої прикріплені нерухомий верхній кронштейн 6 та рухомий нижній кронштейн 4. На верхньому кронштейні знаходяться електромагніт 9, перший фотоелектричний датчик 7 та гвинт 8 для закріплення та регулювання довжини біфілярної підвіски маятника. Нижній кронштейн разом із прикріпленим до нього другим фотоелектричним датчиком 11 можна пересувати вздовж колонки та фіксувати в довільно обраному положенні. Маятник приладу – це ролик 2, закріплений на осі та підвішений за біфілярним способом до верхнього кронштейна. На ролик накладаються різні за вагою кільця 10, що змінюють момент інерції маятника (ролика та кільця). Довжина маятника визначається за шкалою на колонці приладу 5. Маятник утримується в верхньому положенні електромагнітом. Вирівнювання приладу виконують за допомогою регулюючих ніжок 1.

Рух ролика такий, що він опускається вниз та піднімається вверх з направленим вниз сталим прискоренням, що складає деяку долю прискорення сили тяжіння (як ніби він скочувався з не дуже крутої гірки та потім вкочувався на іншу таку саму гірку). Рух маятника Максвела – це найпростіший випадок плоского руху твердого тіла.

При русі маятника прискорення ролика тим менше, а натяг нитки тим більше, чим більше момент інерції ролика. Дійшовши до нижнього положення, коли нитка повністю розкрутилась, диск знову почне підніматись вверх з тією ж початковою швидкістю, якої він досяг у нижній точці. Прискорення у нього буде таке саме та так само направлено вниз. Рух усякої точки диска ми можемо зобразити як поступальний рух зі швидкістю V, що дорівнює швидкості центра тяжіння, та обертання навколо геометричної осі з кутовою швидкістю .

У верхньому положенні маятник має потенційну енергію Ep=mgh. Якщо відпустити маятник, він почне падати вниз та обертатися відносно своєї осі. Кінетична енергія його дорівнює сумі кінетичної енергії поступального руху та кінетичної енергії обертального руху:

  .

Система замкнена. За законом збереження енергії,

  ; (20.1)

так як , а , то співвідношення (20.1) перетворюється:

  ,

звідси момент інерції маятника

  , (20.2)

де D – зовнішній діаметр осі маятника разом із намотаною на неї ниткою підвіски, D=D0+2Dн (D0 – діаметр осі маятника, Dн=0,5мм –діаметр нитки підвіски);

m – маса маятника, що дорівнює сумі мас осі маятника, ролика та кільця.

m=mо+mр+mк (усі маси вказані на деталях);

h – довжина маятника, що дорівнює висоті, на яку він піднімається;

t – час падіння маятника, вимірюється електронним секундоміром.

Методика виконання роботи

Виконати вирівнювання приладу.

  1.  Записати маси.
  2.  Виміряти діаметри осі маятника, ролика та кільця.
  3.  Закріпити нижній кронштейн на заданій висоті та відрегулювати довжину підвіски (край кільця має бути на 2-3 мм нижче оптичної осі нижнього фотоелектричного датчика).
  4.  Ввімкнути прилад.
  5.  Намотати нитка підвіски на вісь магніту (вона повинна намотуватись рівномірно).
  6.  Зафіксувати маятник у верхньому положенні за допомогою електромагніта. При цьому проріз на кільці повинен співпадати з оптичною віссю (світловим променем) верхнього фотоелектричного датчика. Повернути маятник в напрямку його руху на кут приблизно 50 (проріз повинен лежати на одній лінії з горизонтальними штрихами, нанесеними на вертикальні площини корпуса фотоелектричного датчика).
  7.  Натиснути клавішу “Сброс”.
  8.  Натиснути клавішу “Пуск”. В цей момент електромагніт відключається та вмикається секундомір. У нижньому положенні маятника секундомір вимикається. На табло висвічується час падіння маятника. Коливання маятника зупинити рукою.
  9.  Визначити замір часу падіння маятника три-п‘ять разів.
  10.  За формулою (20.2) підрахувати момент інерції маятника три-п‘ять разів.
  11.  Абсолютну похибку визначити за методом середнього. Знайти відносну похибку у відсотках.
  12.  Підрахувати теоретичний момент інерції маятника:

I=Iо+Iр+Iк,

де ;

;

.

  1.  Порівняти виміряний момент інерції маятника та теоретичний (знайти відносну похибку):

.

Контрольні питання

Що таке маятник Максвела?

  1.  Що називається моментом інерції маятника?
  2.  Що називається моментом інерції матеріальної точки?
  3.  Який основний закон використовується при складанні основного розрахункового співвідношення?
  4.  Чому дорівнює кінетична енергія маятника в нижній точці?
  5.  Як визначити довжину маятника?
  6.  Як теоретично підрахувати момент інерції маятника?
  7.  Як визначається абсолютна похибка в даній роботі?
  8.  Як визначається відносна похибка в даній роботі?
  9.  Як фіксується маятник у верхньому положенні?

Література

  1.  Савельев И.В. Курс общей физики. т.І.—М.:Наука, 1977.—с.135-145.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14822. Тəрбие əдістері 111.5 KB
  Тəрбие əдістері Жоспары 1. Тəрбие əдістері мен тəсілдері жөнінде түсінік 2. Сана қалыптастыру əдістері 3. Ісəрекет ұйымдастыру əдістері 4. Ынталандыру əдістері 5. Педагогикалық қолдау оның мəні жəне ұйымдастыру жолдары 6. Тәрбие әдістерін таңдау 1. Тəрб
14823. Тəрбие процесінің мазмұны 74 KB
  Тəрбие процесінің мазмұны Жоспары 1. Жалпы адамзаттық құндылықтар мен құндылықты бағытбағдарлар 2. Тұлғаның базалық мəдениетін қалыптастыру 3. Бала құқықтары жөніндегі халықаралық құжаттар идеяларының тəрбие мазмұнында ескерілуі 7.1. Жалпы адамзаттық құнд...
14824. Тəрбие құрал-жабдықтары мен формалары 47.5 KB
  Тəрбие құралжабдықтары мен формалары Жоспары 1. Тəрбие құралжабдықтары жəне формалары түсінігі 2. Тəрбиенің негізгі формаларына сипаттама 3. Тəрбие формалары мен құралжабдықтарын таңдау 1.Тəрбие құралжабдықтары жəне формалары түсінігі Тəрбие құралжа
14825. Тəрбие мəн-мағынасы 54.5 KB
  Тəрбие мəнмағынасы Жоспары 1. Тəрбие міндеттері мен қызметтері. 2. Тəрбие процесінің ерекшеліктері. 3. Тұлғаның өзіндік тəрбиесі мен қайта тəрбиесі. 5.1. Тəрбие міндеттері мен қызметтері Тəрбие педагогикада бірнеше қырларымен танылған: əлеуметтік мағынад
14826. Тұлға қалыптастырудың халықтық тәжірибесі 49 KB
  Тұлға қалыптастырудың халықтық тәжірибесі Халықтық педагогикалық көзқарастарын жұзеге асыру жұмысын мақсатқа сай қамтамасыз ету мен тәрбие дәстүрлерін бекіту оларды нақгылау толықтыру жөне жетілдіруге көмегін тигізген жеке сынақ әдісі ел арасына кеңінен мәлім б
14827. Ұлттық ойындар мен өнердiң тәрбиелік сипаты 72 KB
  Ұлттық ойындар мен өнердiң тәрбиелік сипаты 1. Ұлттық ойындардың тәрбиелік маңызы. 2. Ұлттық ойынсауық түрлері туралы. 3. Әдетғұрып ойындары арнаулы жырмен айтыспен басталуы. Ойнамайтын бала жоқ. Ойынға қызықпайтын адам жоқ. Көңiл көтермейтiн адам сауық құрмайты...
14828. Ұлттық салт-дәстүрлерді насихаттаудың тәрбиелік мәні 85 KB
  Ұлттық салтдәстүрлерді насихаттаудың тәрбиелік мәні. 1. Отбасы тәрбиесi ұл мен қыз тәрбиесiнiң ерекшелiктерi жастарды жұбайлық өмiрге даярлау. 2. Отбасы тәрбиесiнiң 8 түрi. 3. Қазақстандықтардың ұлттық салтдәстүрлерiн марапаттаудың әлеуметтiк мәнi Қазақ халқы ұл тә
14829. ФАРАБИ ТРАКТАТТАРЫНДАҒЫ БІЛІМ, ТӘРБИЕ ЖӘНЕ АДАМГЕРШІЛІК —ГУМАНИЗМ МӘСЕЛЕЛЕРІ 46 KB
  ФАРАБИ ТРАКТАТТАРЫНДАҒЫ БІЛІМ ТӘРБИЕ ЖӘНЕ АДАМГЕРШІЛІК ГУМАНИЗМ МӘСЕЛЕЛЕРІ Ж. Исахметұлы Тараз мемлекеттік педагогикалық институты Тараз қ. Қазіргі дүниені неғұрлым дұрыс танып білу үшін және жақсы өмірдің дұрыс жолын таңдай білу үшін және жаңа мыңжылдықта ...
14830. Уәлихановтың қазақ халқының салт-дәстүрлерi туралы ой-пiкiрлерi (1835-1865). 58.5 KB
  Уәлихановтың қазақ халқының салтдәстүрлерi туралы ойпiкiрлерi 1835-1865. 1. Шоқанның алғашқы хат тануы. 2. Ш.Уәлихановтың орыс достары. 3. Шоқанның БатысШығыс халық әдебиетін зерттеуі. 1.Шоқанның өскен ортасы. Әжесi Айғанымның әкесi Шыңғыстың маңына аңшы әңгiмешi е