Методика эксперимента и обработка результатов измерений. Задание 1:определить момент инерции крестовины.

Задание 1:определить момент инерции крестовины.

1. Зарисовать таблицу 4.1.

Таблица 4.1

2. Установить подвижные грузы по осям крестовины на расстоянии 100 мм от оси вращения.

3. Закрепить нить на малом радиусе r₁ двухступенчатого шкива. Установить на платформу груз массой m₁.

4. Установить кронштейн с фотодатчиком в нижней части шкалы вертикальной стойки так, чтобы плоскость кронштейна, окрашенная в красный цвет, совпала с одной из рисок шкалы, а наборный груз при движении вниз проходил по центру рабочего окна фотодатчика. За нижнее положение груза берется отметка шкалы, соответствующая риске на корпусе фотодатчика и являющаяся как бы продолжением оптической оси фотодатчика, которую пересекает движущийся груз.

5. Вращая маятник, установить груз в крайнем верхнем положении таким образом, чтобы нижняя плоскость груза (визир вертикальной стойки соприкасается с нижней плоскостью груза) совпала с одной из рисок шкалы вертикальной стойки.

6. Зафиксировать груз в данном положении. Для этого нажать кнопку «СЕТЬ» секундомера, при этом должен сработать фрикцион электромагнитного тормоза.

ВНИМАНИЕ. Для предотвращения перегревания катушки электромагнитного тормоза – время непрерывной работы электромагнитного тормоза - не более 15 секунд, перерыв – 5 секунд.

7. Нажать кнопку «СТАРТ» секундомера. Происходит растормаживание электромагнитного тормоза, груз начинает опускаться и таймер блока начинает отсчет времени. При пересечении грузом оптической оси фотодатчика отсчет времени прекратится. Записать показание таймера, т.е. время движения груза t , в таблицу 4.1.

8. При помощи визира по шкале вертикальной стойки определить пройденный грузом путь h, как расстояние от нижней плоскости груза в верхнем положении груза до оптической оси фотодатчика. Значение h записать в таблицу 4.1.

9. Повторить измерения по п.п. 5–8 пять раз и определить среднее значение времени. Результаты занести в таблицу 4.1.

10. Определить момент инерции маятника по формуле (4.15). При расчете момента инерции необходимо учесть, что m = m_осн + m₁ (m_осн – масса основного груза).

11. Аналогичные измерения произвести, установив на платформу груз массой m₂, а затем груз массой m₃.

12. Сравнить полученные значения момента инерции маятника для разных масс грузов. Сделать вывод о том, как момент инерции маятника Обербека зависит от массы груза.

13. Рассчитать погрешности косвенного измерения момента инерции маятника для каждого случая.

14. Определить теоретическое значение момента инерции маятника по формуле (4.16) и сравнить с экспериментальными значениями. Сделать вывод.

15. Повторить выполнение п.п. 5–13, закрепив нить на большом радиусе r₂ двухступенчатого шкива. Результаты занести в таблицу 4.2.

Таблица 4.2

16. Сделать вывод о том, как зависит момент инерции маятника Обербека от радиуса шкива.

Задание 2: определение зависимости момента инерции J от расстояния грузов до оси вращения крестовины R.

1. Передвинуть все грузы на один сантиметр к оси вращения.

2. Сделать измерения по пунктам 3–8 задания 1 (используя малый радиус шкива и груз массой m₁ на платформе основного груза).

3. Повторить п.п. 1–2 пять раз. Результаты занести в таблицу 4.3.

4. Определить момент инерции маятника по формуле (4.15) для каждого значения R. Проанализировать полученные значения момента инерции маятника.

5. Построить график зависимости J = f(R²). Сделать вывод.

Таблица 4.3

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте основное уравнение динамики вращательного движения и дайте определение всем величинам, входящим в уравнение.

2. Выведите рабочую формулу (4.15).

3. Укажите основные источники погрешностей измерений. Выведите формулу для расчета погрешности J.

4. Какую роль играет момент инерции тела при его вращательном движении? Объясните физический смысл момента инерции.

5. От чего зависит момент инерции маятника Обербека (формула (4.16))?

6.Выведите формулу для расчета момента инерции цилиндра или стержня.

7. Сформулируйте теорему Штейнера и приведите примеры ее применения.