Задание. 1. Сбалансируйте маятник

1. Сбалансируйте маятник. Для этого оставьте на крестовине два груза на двух противоположных спицах на равных расстояниях от оси вращения. Спицы, на которых находятся грузы, соединены со втулкой резьбой. Вращая спицы в резьбе, добейтесь равновесия. Затем точно сбалансируйте грузы на второй паре спиц на таком же расстоянии от оси вращения.

Полезно несколько раз привести маятник во вращение, каждый раз давая ему возможность остановиться. Подумайте, как на основании этих опытов определить, хорошо ли сбалансирован маятник.

2. Определите приближенно минимальную массу m₀, при которой маятник начинает вращаться, и оцените момент сил трения из соотношения M_тр≈m₀gr,

где r — радиус шкива, на котором подвешен груз m₀.

3. Оцените ускорение ε₀, возникающее под действием момента сил трения. Для этого приведите маятник во вращение, измерьте время T₀, за которое он совершает первый оборот, и полное число оборотов маятника до полной остановки. Затем по формуле (15) вычислите ε₀. Измерения повторите три раза и сравните соответствующие им значения ε₀.

4. Определите экспериментально зависимость углового ускорения ε маятника от момента приложенной силы mgr. В этой серии измерений момент инерции маятника должен оставаться постоянным: I = const.

Для определения зависимости ε = ε(mgr) измерьте время t, за которое груз m опускается на расстояние h. Измерение времени t для каждого груза при постоянном значении h повторите три раза. Затем найдите среднее значение времени падения груза по формуле

и определите среднее ускорение груза из соотношения (7):

.

Эти измерения и вычисления повторите для пяти значений массы m груза, причем для всех m должно выполняться неравенство m>>m₀, где m₀ — масса-перегрузка страгивающего маятник (см. п. 2).

Результаты измерений запишите в табл. 1.

Таблица 1

t1	t2	t3			h				mgr

r =

1. Время Δt определяется из соотношения:

2. Угловое ускорение находится по формуле ε = а/r.

3. Δm определяется с точностью, с которой известна масса грузов m.

Полученные экспериментально точки отложите в координатной плоскости х=mgr, у =ε и по ним постройте график зависимости

(рис. 3, а).

5. Проверьте экспериментально зависимость (11). Для этого, взяв постоянную массу груза m >> m₀, определите ускорение а груза m при пяти различных положениях R на спицах грузов m_гр.

В каждом положении R измерения времени падения t груза m с высоты h повторите три раза. Результаты измерений занесите в табл. 2, где определяются так же, как в табл. 1.

Полученные экспериментальные точки нанесите с учетом погрешностей в координатной плоскости х =(R/r)², у = g/ и постройте график зависимости у = у (х) (рис. 3, б).

Таблица 2

R

r

(R/r)2

mгр

t1

t2

t3

Δt

Δh

g/