II. Экспериментальная часть

1. Ознакомьтесь с конструктивными элементами прибора, который называется«Крутильный маятник». В его конструкцию входят милли-секундомер, кронштейн с рамкой, подвешенной на стальной проволоке, плита с фотоэлектрическим датчиком, электромагнит, угловая шкала.

2. Положение электромагнита относительно фотоэлектрического датчи­ка может меняться и указываться на шкале, прикрепленной к нему стрелкой. Конструкция рамки позволяет крепить параллелепипед при помощи подвижной балки.

3. На данной установке можно экспериментально определить моменты инерции твердых тел правильной формы методом крутильных колебаний.

Суть этого метода заключается в том, что на упругом подвесе те­ло, отклоненное на небольшой угол от положения равновесия, будучи предоставленным самому себе, совершает гармонические крутильные колебания, пери­од которых Т зависит от момента инер­ции тела J и характеристики подвеса f - модуля кручения. Эта зависимость имеет вид:

(1)

Если измерить на установке период Т - вре­мя одного полного колебании, то при известном модуле кручения проволоки f можно рассчитать момент инерции тела J относительно данной оси вращения:

, (2)

где f =3,36·10^-4

Упражнение 1.

1. Закрепите образец в установке и проделайте следующие операции. Нажмите кнопку «сеть», затем «сброс».

2. Зафиксируйте рамку электромагнитом;

3. Нажмите кнопку «пуск» и следите за показаниями счетчика числа периодов.

4. После того, как на счетчике числа периодов появилась цифра «9», нажмите кнопку «стоп».

5. Вычислите время одного колебания Т (, где n – число колебаний).

6. Проведите измерения моментов инерции образца для всех осей, вокруг которых допускается колебания конструкцией данного прибора. Результаты расчетов моментов инерции по фор­муле (2) сопоставьте с теоретическим расчетом по формулам из учебника, либо таблицы, либо из справочника.

При этом необходимо запомнить, что оси вращения, проходя­щие через центр тяжести тела называют главными, а моменты инер­ции, измеренные относительно таких осей - главными моментами инерции. Результаты измерений моментов инерции образца дол­жны быть представлены с учетом абсолютных и относительных ошибок измерений (масса образца m =1,962кг).

III. Контрольные вопросы.

1. Момент инерции тела. Что это такое?

2. В чём сходство и различие в понятиях «масса» и «момент инерции» тела?

3. Сформулируйте второй закон динамики Ньютона для вращательного движения?

4. Как можно рассчитать момент инерции тела, если ось вращения не проходит через центр тяжести?