Задание 1. Определение момента инерции и момента силы трения

Для решения поставленной задачи используется уравнение (1.11). Чтобы получить данные для построения графиков, выражающих зависимость момента M_н силы натяжения от углового ускорения e, нужно измерить время опускания грузов разной массы с одной и той же высоты, и произвести расчёты по формулам из теоретической части описания лабораторной работы.

Выполнение измерений

1. Установите высоту h, на которую должен опуститься груз (по указанию руководителя работ в лаборатории), запишите её значение и радиус R шкива в заголовке табл. 1.2. Радиус шкива определяют по его диаметру, который измеряется штангенциркулем.

2. Закрепите грузики на концах крестовины, нить – в прорезях шкива.

3. Вращая крестовину, наматывайте нить в один слой на шкив, пока груз не поднимется до верхней отметки. Первое измерение проводят с наименьшим грузом, масса которого равна массе подвески, на которую можно помещать добавочные грузы-довески.

4. Измерьте время опускания первого груза. Секундомер включают в момент отпускания крестовины и выключают при ударе груза о приёмную платформу (см. рис. 2.1). Массу m груза и время опускания t запишите в табл. 1.2., укажите единицы измерения всех величин в СИ.

Таблица 1.2

5. Повторите измерения, положив на подвеску один довесок, затем ещё с двумя, тремя и четырьмя довесками.

6. Сдвиньте грузики к оси крестовины и повторите измерения по пп. 3–5, записывая значения времени в табл. 1.2.

Анализ и обработка результатов измерений

1. Вычислите для каждого груза ускорение а, выразив его из формулы (1.10), запишите в табл. 1.2. Напоминаем, что точность расчётов должна соответствовать точности, с которой определены масса и время. В нашем случае это 3 значащие цифры.

2. В табл. П2 (см. Приложение 2 в конце учебного пособия) найдите уточнённое значение ускорения свободного падения g для Златоуста и запишите его в заголовок табл. 1.2. По формулам (1.9) и (1.8) с той же точностью вычислите угловое ускорение e и момент силы натяжения М_н для каждого груза, запишите в табл. 1.2.

3. По вычисленным значениям М_н и e постройте два графика зависимости М_н(e) в одной системе координат.

4. По графикам, используя соответствие графика выражению (1.11), найдите два значения момента инерции маятника Обербека и два значения момента сил трения.

5. Сравните между собой полученные значения I₁ и I₂, сделайте вывод о влиянии расположения грузиков на величину момента инерции и на момент сил трения.