Порядок выполнения работы и обработки экспериментальных данных. Задание 1. Проверка основного закона динамики вращательного движения

Задание 1. Проверка основного закона динамики вращательного движения

1.Наденьте на спицы маятника 4 цилиндрических груза и установите их вплотную к шкиву маятника. Измерьте расстояние от центра оси вращения маятника до центра цилиндра.

2.Отметьте на вертикальной линейке верхнее начальной и нижнее конечное положение чашки, по их разности найдите величину .

3.Положите в чашку груз массой = 50г и приведите маятник в начальное состояние, когда чашка с грузом находится в начальном верхнем положении.

4.Отпустите груз и измерьте время его движения с высоты до нижней точки и высоту его последующего подъема.

5.Операции п.3 и 4 проделайте для грузов с массами =100 г, =150 г, =200 г. Полученные данные занесите в таблицу 1.

6.Последовательно 3-4 (по указанию преподавателя) раза увеличивая расстояние а цилиндрических грузов относительно оси вращения маятника ( , …) для каждого из них выполните п.3-5. Полученные данные занесите в таблицу 1.

7.Для каждой горизонтальной строки таблицы 1 по формулам (5) и (8) или (8´) рассчитайте значения углового ускорения маятника и результирующего момента сил , действующих на него. Полученные данные занести в таблицу 1.

8.Постройте графики зависимости от в одной координатной системе для каждого . Проанализируйте полученные данные.

9.Постройте графики зависимости от в одной координатной системе для каждого . Проанализируйте полученные данные.

Таблица 1

………

10. Для каждого графика найдите тангенсы их наклона (как следует из (4) это величина, обратная моменту инерции маятника I) и по ним вычислите для каждого момент инерции . Полученные данные занесите в таблицу 1.

11. Постройте графики в координатах – и – и проанализируйте их.

Примечание: построение графиков рекомендуется проводить в программе Microsoft Excel, где можно получить математическое уравнение линии тренда (уравнение регрессии) и, в частности, числовые значения .

12. Проанализируйте все полученные экспериментальные данные и сделайте вывод о выполнимости основного закона вращательного движения в данном лабораторном эксперименте.

Задание 2. Определение моментов инерции тел

1.Первая серия измерений производится на ненагруженном маятнике. Отметьте на вертикальной линейке начальное верхнее и конечное нижнее положение чашки 5 (рисунок 1) и по их разности найдите высоту .

2. В чашку поместите груз массой (по указанию преподавателя). Приведите маятник в начальное состояние, когда чашка с грузом находится в верхнем положении.

3.Отпустите чашку и измерьте время движения груза до конечного нижнего положения и последующую высоту подъема (в момент остановки маятника).

4.Измерения по п.3 проведите 6 -10 раз (по указанию преподавателя). Все полученные данные занесите в таблицу 2.

Таблица 2

№
…	…..	……

5.Рассчитайте средние значения и , подставьте их в формулу (9) и рассчитайте среднее значение момента инерции ненагруженного маятника . Все полученные данные занесите в таблицу 2.

6.По формуле (6) стр.7 рассчитайте средние квадратические погрешности и измерений и . Полученные данные занесите в таблицу 2.

7.Рассчитайте среднюю квадратическую погрешность измерения момента инерции маятника. Для этого используется формула (10) стр.11, которая для данного эксперимента принимает вид . Если в нее подставить (9), то после преобразований получим:

(10)

8.Установите на спицах маятника на равных расстояниях (по указанию преподавателя) 4 цилиндрических груза. Расстояние отсчитывается от центра оси вращения до центра груза.

9.Для нагруженного маятника проведите измерения, описанные в п. 3,4.

10. В соответствие с п.5-7 найдите среднее значение момента инерции нагруженного маятника и среднюю квадратическую погрешность определения этой величины .

11. Вычислите момент инерции грузов как .

12. Вычислите среднюю квадратическую погрешность определения по формуле: .

13. По формуле (8) стр.8 найдите доверительный интервал (при этом доверительная вероятность определяется преподавателем).

14. Окончательно экспериментальное значение момента инерции грузов запишите в виде:

(11)

15. Вычислите по теореме Штейнера теоретическое значение момента инерции грузов: , где m_Г- масса каждого груза, - момент инерции груза относительно оси, проходящей через его центр:

,

где и - внешний и внутренний диаметры цилиндра,

- длина цилиндра.

Если в Вашем эксперименте достаточно велико (больше 15 см), то « и тогда .

16. Сравните теоретическое расчетное и экспериментальное (11) значения моментов инерции грузов и сделайте вывод.

Вопросы для контроля

1. Какое движение называется вращательным?

2. Что называют угловой скоростью и угловым ускорением?

3. Что такое момент силы, момент инерции, момент импульса?

4. Сформулируйте и запишите теорему Штейнера.

5. Что такое «основной закон динамики вращательного движения» и как он записывается математически?

6. Какова зависимость углового ускорения тела от момента приложенных к нему сил и момента инерции тела?

7. Как на маятнике Обербека могут быть определены угловое ускорение, момент действующих сил и момент инерции?

Библиографический список

1. Иродов И.Е. Механика. Основные законы.-5-е изд., испр.- М. Лаборатория Базовых Знаний, 2000.- 320с., §……………….

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1,- М. Наука, 1977.- 416с., §36, 38, 39, 43.

3. Трофимова Т.И. Курс физики.- М.: «Высшая школа., 1985.- 432с., § 16, 18.