Теория метода и описание установки

Приборы и принадлежности: стойка, на которой закреплено маховое

колесо, линейка, секундомер, шнур с

грузом.

Целью работы является определение момента инерции махового колеса и силы трения в опоре.

Момент инерции махового колеса А и силу трения вала С в опоре можно определить при помощи прибора, изображенного на рис.1.

Маховое колесо приводится во вращательное движение грузом В. Груз В в начальный момент времени находится на высоте h _1, обладая потенциальной энергией mgh ₁, где m – масса груза. Если предоставить возможность грузу падать с высоты h ₁, то потенциальная энергия груза перейдет в кинетическую энергию поступательного движения груза E_k = , кинетическую энергию вращательного движения махового колеса и на работу по преодолению трения в опоре вала, A=f_трh ₁. По закону сохранения энергии:

mgh ₁= + + f_трh ₁. (1)

Груз движется равноускоренно без начальной скорости. Скорость и ускорение соответственно выразятся:

. (2)

Угловая скорость махового колеса определится по формуле:

, (3)

где r – радиус вала, на который наматывается шнур груза.

Сила трения f _тр вычисляется следующим образом. Маховое колесо, вращаясь по инерции, поднимает груз на высоту h ₂< h ₁ и потенциальная энергия груза на высоте h ₂ будет равна mgh ₂. Груз не поднимается на первоначальную высоту, так как часть энергии тратится на работу по преодолению силы трения в опоре:

mgh ₁ – mgh ₂= f_кр (h ₁+ h ₂). (4)

Откуда сила трения равна:

. (5)

Подставив в (1) выражения для V, w, f_тр из (2,3,5) получим:

,

преобразовав, получим:

.

Сделав соответствующие преобразования окончательно получим рабочую формулу:

. (6)