2015-05-27
401Лабораторная работа № 12
Проверка 2 закона Ньютона для вращательного движения.
Цель: исследовать зависимость углового ускорения диска от момента силы упругости нити, приводящего диск в движение.
Оборудование:
диск на оси из набора для изучения вращательного движения с двумя шкивами разного диаметра; блок; штатив; штангенциркуль; набор грузов; нить; секундомер.
Ход работы:
Краткая теория
2 закон Ньютона для вращательного движения: угловое ускорение вращающегося тела прямо пропорционально моменту сил, под действием которого тело получает угловое ускорение
Основное уравнение динамики вращательного движения:
,
Рисунок
На один из шкивов радиусом R намотаем нить и перекинем через блок, к концу её подвесим груз массой m.
Момент силы упругости нити 
Модуль силы упругости можно определить, применив для груза 2 закон Ньютона:
В условиях работы ускорение груза намного меньше ускорения свободного падения, поэтому можно считать, что 
Угловое ускорение
Т.к. в данном опыте 
, 
- угловая скорость вращения диска, которую он приобретает за время t падения груза.
Опыт 1
Цель опыта: установить зависимость углового ускорения диска от действующей силы при постоянном плече этой силы
Расчетные формулы:
, 
, 
, 
Таблица:
| R1, м | F, Н | F2, Н | F1/F2 | t1, с | t2, c | 
| 
| 
| 
| 
|
| 0,0249 | 0,98 | 1,96 | 0,5 | 8,5 | 6,5 | 6,28 | 7,85 | 0,738 | 1,2 | 0,6 |
Погрешности:
Вывод: угловое ускорение вращающегося диска меняется пропорционально изменению действующей силы с погрешностью.
Опыт 2
Цель: исследовать зависимость углового ускорения диска от плеча действующей силы
Расчетные формулы:
, 
.
Таблица:
| m1, кг | R1, м | R2,м | R1/R2 | t3, с | 
| 
| 
| 
|
| 0,1 | 0,0249 | 0,04965 | 0,5 | 5,814 | 1,1628 | 0,738 | 0,63 |
Погрешности:
Вывод: угловое ускорение вращающегося диска меняется пропорционально изменению радиуса шкива, т.е. длины плеча действующей силы с погрешностью.
Рассчитаем моменты сил в трёх случаях
| М1,Н*м | М2,Н*м | М3,Н*м | М1/М2 | М1/М3 | 
|
|
| 0,024 | 0,048 | 0,048 | 0,5 | 0,5 | 0,6 | 0,63 |
Расчётные формулы:
Вывод: Следуя моим вычислениям можно сказать, что угловое ускорение вращающего шкива прямо пропорционально моменту сил, под действием которого шкив получает угловое ускорение с погрешностью.
