Порядок выполнения работы. Задание 1. Измерение скорости прецессии и момента импульса гироскопа
Задание 1. Измерение скорости прецессии и момента импульса гироскопа. Изучение зависимости скорости прецессии от момента силы.
1. С помощью регулируемых по высоте ножек установите основание прибора в горизонтальное положение.
2. Подключите прибор к питающей сети.
3. Нажмите клавишу СЕТЬ, при этом все индикаторы должны высвечивать цифру нуль.
4. Сбалансируйте гироскоп. Это делается путем перемещения противовеса (8) по стержню. Сбалансированный гироскоп должен находится в положении безразличного равновесия, рычаг (7) гироскопа строго горизонтален. Запишите l0 – положение груза, при котором гироскоп сбалансирован (от этого положения отсчитывается величина 
).
5. Включите питание двигателя.
6. Отрегулируйте обороты двигателя на n=5000 об/мин. Следует выждать 2-3 минуты, чтобы вращение ротора стабилизировалось. Вычислите 
.
7. Переместите груз 8 на 
влево или вправо.
8. Удерживайте рычаг в исходном (горизонтальном) положении. Нажмите кнопку СБРОС и отпустите гироскоп.
9. После поворота гироскопа на угол φ=200 нажмите кнопку СТОП. Дождитесь остановки секундомера. Она происходит только при углах поворота, кратных 100.
10. Показания значений угла φ и времени t прецессии занесите в табл. 3.1.
11. Нажмите кнопку СБРОС.
12. Повторите измерения (пункты 8-10) для одного и того же угла не менее 3 раз, рассчитайте среднее время.
13. По значениям φ и tср. вычислите угловую скорость прецессии:
14. Рассчитайте момент силы тяжести груза ( 
):
. (3.8)
15. Повторите измерения по пунктам 8-10 для 
, 3 см и 4 см.
16. Рассчитайте момент импульса гироскопа по формуле:
. (3.10)
17. По найденному 
и заданной скорости вращения 
найдите момент инерции гироскопа:
.
18. Все данные занесите в табл.3.1. Рассчитайте средний момент инерции 
, оцените его погрешность 
.
19. По данным таблицы 3.1 постройте график зависимости угловой скорости прецессии W от смещения 
противовеса из положения равновесия: 
. Проверьте, что при 
эта зависимость – прямая пропорциональность (см.(3.9)).
Таблица 3.1
| l0= … см n=5000 об/мин; w= … рад/с | |||||||||||||
| № п/п | Δl, см | M, Н.м | φ, град. | t, с | W, рад/с | DW | L, кг.м/с | I, кг. м2 | Iср., кг. м2 | Δ I, кг. м2 | |||
| t1 | t2 | t3 | tср. | ||||||||||
Задание 2. Изучение зависимости скорости прецессии от угловой скорости вращения гироскопа.
1. Переместите груз 8 на 
(или на 3 см – по заданию преподавателя) влево или вправо.
2. Повторите измерения по пунктам 8-10 первого задания для частот 
, указанных в табл.3.2. Помните, что изменяя частоту, следует выждать 2-3 минуты, чтобы вращение ротора стабилизировалось.
3. Вычислите 
, W, 
, 
и 
аналогично заданию 1. Все данные занесите в таблицу 3.2.
4. По данным таблицы 3.2 постройте график зависимости угловой скорости прецессии W от угловой скорости вращения гироскопа: 
. Проверьте, что при 
эта зависимость обратно пропорциональная (см.(3.9)).
Таблица 3.2
| l0= … см; Δl=2 см M= … Н.м | |||||||||||||
| № п/п | n, 1/мин | ω, рад/с | φ, град. | t, с | W, рад/с | DW | L, кг.м/с | I, кг. м2 | Iср., кг. м2 | Δ I, кг. м2 | |||
| t1 | t2 | t3 | tср. | ||||||||||
Задание 3. Определение момента сил трения в подшипниках.
(Выполняется только по заданию преподавателя.)
1. При помощи перемещаемого груза (8) уравновесьте гироскоп, установив рычаг (7) горизонтально.
2. Установите скорость вращения маховика n=5000 об/мин.
3. Не отключая гироскоп от сети, быстрым поворотом рукоятки регулятора скорости выключите двигатель.
4. Произведите замеры скорости оборотов ротора через каждые 20 секунд. Данные занесите в таблицу 3.3.
Таблица 3.3
| t, с | |||||||||
| n, 1/мин | |||||||||
| ω, рад/с | |||||||||
| ε, с-2 | |||||||||
| Mтр., Н.м |
5. Рассчитайте 
.
6. По данным таблицы 3.3 постройте график зависимости угловой скорости вращения гироскопа от времени: 
. Если момент сил трения 
, эта зависимость линейная.
7. По графику найдите угловое ускорение 
.
8. Вычислите момент сил трения, используя полученное в заданиях 1 и 2 значение момента инерции гироскопа:
.
9. Сделайте выводы.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение гироскопического эффекта.
2. Сформулируйте закон изменения момента импульса и запишите его.
3. Что называют моментом силы и моментом импульса тела относительно неподвижной точки и относительно неподвижной оси?
4. Что называют гироскопом? Каковы особенности его движения?
5. Является ли Земля механическим гироскопом?
6. Что называется скоростью прецессии?
7. Приведите примеры, где может быть использован гироскопический эффект.
Используемая литература
[4] §11. [3] §4.3; 5.3. [7] §4; 16-20. [10] §5;9. [12] §5.4.
Дата добавления: 2015-03-19; просмотров: 546;