Порядок проведения эксперимента

1. Закрепите на алюминиевом диске стальную кольцевую насадку заданной массы m₀.

2. Установите маховик так, чтобы его ось была горизонтальна и чтобы при полном разматывании нити нижний край маятника пересекал бы световой луч в нижней части линейки.

3. Произведите намотку нити на алюминиевый стержень маятника и зафиксируйте исходное положение маятника с помощью электромагнита, расположенного на кронштейне. Используйте при этом один из полюсов электромагнита. Следите за тем, чтобы в исходном положении маятника нити располагались вдоль вертикали.

4. Нажмите поочередно на кнопки " СБРОС " и " ПУСК ". Отсчитайте по секундомеру время движения маятника вниз. Опыт повторите 5 - 8 раз. Если разброс значений времени t превосходит 0.01 с, проведите дополнительные измерения. Обратите внимание на возможность эффекта "залипания", связанного с остаточным магнетизмом. Для предотвращения указанного эффекта между электромагнитом и маятником поместите тонкий лист сухой бумаги. Усреднение времени t производите только по пяти наименьшим значениям.

5. Определите высоту h₂, на которую маятник поднимется снова, или высоту Dh, на которую снизится первоначальный уровень маятника.

6. С помощью микрометра измерьте диаметр алюминиевого стержня, на который наматывается нить, и диаметр нити. Величину R подсчитайте по формуле

(9)

где d_CT - диаметр алюминиевого стержня, d_H - диаметр нити.

П р и м е ч а н и е: Так как нить имеет конечную толщину и результирующая сил натяжения, по-видимому, приложена в центре поперечного сечения нити, в формуле (8) для момента инерции маятника Максвелла вместо R =R_CT, равного радиусу стержня, следует подставлять величину R, определяемую приведенным выше соотношением (9).

7. Полученные данные измерений занесите в таблицу

№ п/п	m_c, кг	m_д, кг	m₀, кг	h₁, м	t, с	h₂, м	I, кг×м²
	0.1415	0.1148	0.212

8. Проведите расчет момента инерции маятника Максвелла по формуле (8)

Определите ошибку измерений DJ

9. Определите геометрические размеры алюминиевого диска и стальной кольцевой насадки. Зная их массы m_д и m₀, рассчитайте момент инерции маятника Максвелла по формуле

J = J_д + J_k.

где J_d - момент инерции алюминиевого диска, J_k - момент инерции стального кольца. Как известно, моменты инерции диска и кольца определяются по формуле

, (10)

где R ₁ - внутренний радиус кольца, R₂ - внешний радиус кольца, m_д - масса алюминиевого диска, m₀ - масса стального кольца.

П р и м е ч а н и е: Масса алюминиевого диска m_д меньше массы алюминиевой сердцевины маятника m_c на величину массы алюминиевых стержней. Массу стержней можно оценить, используя формулу, приведенную ниже

m_CT = rV_CT,

в которой V_CT - общий объем стержней, определяемый формулой

V_CT = pR²×l

Здесь R - радиус стержней, l - их общая длина, r - плотность алюминия.

Расчет массы стержней удобнее всего провести в СГС системе, в которой линейные размеры измеряются в см; плотность алюминия равна r = 2,7 г/см³.

Моментом инерции стержней можно пренебречь.

10. Оцените точность полученного значения момента инерции J

11. Сравните значения момента инерции маятника Максвелла, найденные в первом и во втором случаях по формулам (8) –(10). Сделайте необходимые выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какое движение тел называют поступательным?

2. Какое движение тел называют вращательным?

3. Какое движение совершает маятник Максвелла?