Порядок выполнения работы. 3.1. Получите у лаборанта груз и штангенциркуль
3.1. Получите у лаборанта груз и штангенциркуль. Прикрепите груз к нити – см. рисунок 3.1.
3.2. Измерьте штангенциркулем радиус барабана R, результат запишите в таблицу 3.1.
3.3.
| Рис. 3.1. Крепление груза |
| S |
| d |
| Рис. 3.2. Измерение r |
| r |
Измерьте штангенциркулем высоту любой привески d – см. рисунок 3.2. Результат запишите в таблицу 3.1. Туда же запишите массу привески (она указана на привеске).
Таблица 3.1. Параметры экспериментальной установки
| Параметр | Обозначение | Единицы измерения | Значение |
| Масса привески | m1 | г | |
| Высота привески | d | см | |
| Радиус барабана | R | см |
3.4. Закрепите одну из привесок на расстоянии примерно 3 см от барабана. Штангенциркулем измерьте расстояние S и запишите его в таблицу 3.2.
3.5. Закрепите остальные три привески на том же самом расстоянии от барабана. Для этого надо, чтобы у всех привесок было одно и то же значение расстояния S.
3.6. Вращая маятник за один из его стержней, поднимите груз на высоту примерно 70 – 100 см от пола, измерьте линейкой эту высоту и запишите результат в таблицу 3.2. Обратите внимание: высота подъёма груза h – это расстояние между нижней точкой груза и полом.
3.7. Плавно, без толчка отпустите стержень, предоставив грузу опускаться вниз, а маятнику вращаться. Одновременно включите секундомер.
3.8. В момент падения груза на пол остановите секундомер и запишите его показание в таблицу 3.2.
Таблица 3.2. Зависимость углового ускорения e
от момента инерции привесок Iп
| Номер опыта | S | r | Iп | h | t | a | e | D(Iп) | D(E) | |
| см | см | г×м2 | м | с | м/c2 | рад/c2 | c2 | г×м2 | c2 | |
3.9. Проделайте пункты 3.6 – 3.8 ещё пять раз. Перед этим следует каждый раз отодвигать все привески от оси примерно на 2 см, измерять расстояние S и записывать значение S в таблицу 3.2. Все привески всегда должны быть на одном и том же расстоянии от оси!
3.10. Определите для каждого из опытов расстояние r между центром каждой привески и осью вращения. Для этого воспользуйтесь формулой
. (3.1)
Результаты запишите в таблицу 3.2.
3.11. Заполните остальные столбцы таблицы 3.2. Значения момента инерции привесок Iп следует считать по формуле (2.8), значения ускорений a и e – по формулам (2.7) и (2.5). Как оценить погрешности измерений D(Iп) и D(E), написано в пункте 4.
3.12. На основании данных таблицы 3.2 постройте график экспериментальной зависимости величины E от момента инерции привесок Iп.
· Выделите для графика не менее половины страницы.
· Выберите подходящий масштаб, имея в виду, что по горизонтальной оси (оси абсцисс) надо откладывать значения Iп, а по вертикальной оси (оси ординат) – значения E. В качестве начала координат следует выбрать точку (0; 0).
· Нанесите на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм.
· Нанесите на график планки погрешностей. Это значит, что надо от каждой экспериментальной точки отложить влево и вправо отрезок длиной D(Iп), а затем отложить вверх и вниз отрезок длиной D(E).
· Проведите по линейке экспериментальную прямую – так, чтобы она пересекла планки погрешностей всех экспериментальных точек и при этом прошла наиболее близко ко всем точкам. Линию следует продолжить до пересечения с осью ординат (вдоль этой оси откладывается Iп). Образец показан на рисунке 3.1.
3.13. Определите параметры экспериментальной прямой линии k и c.
Значение c равно ординате точки пересечения экспериментальной прямой с осью ординат (точка 1). Для примера, показанного на рисунке 4.1, получается: c = 0,08 с2.
Для нахождения значения k отметьте на прямой ещё одну точку (точку 2). Её надо выбрать справа от всех экспериментальных точек, в любом удобном месте. А затем, используя координаты точек 1 и 2, определите k. Для примера на рисунке 3.1 получается:
.
Графики можно строить, используя современные компьютерные программы. Например, график на рисунке 3.1 построен с помощью EXCEL. Программа сама провела по точкам экспериментальную линию (линию тренда) и выдала её уравнение: y = 0,0216x + 0,0811. Из этого уравнения видно, что .
3.14.
Определите по формулам (2.15) значение суммарного момента сил M, действующего на маятник, и значение момента инерции I0 основной части маятника.
3.15. Сформулируйте выводы.