Порядок выполнения работы

1. Установить грузы m на одинаковом расстоянии от оси вращения так, чтобы система находилась в состоянии безразличного равновесия.

2. Измерить расстояние R грузов до оси вращения О и радиус r шкива, на который наматывается нить (см. рис. 3); указать погрешности измерения. Результаты занести в таблицу 1.

3. Намотать нить на шкив так, чтобы груз установился у верхнего конца отсчётной шкалы.

4. С помощью переключателя отключить электромагнит и включить секундомер. Определить время, в течение которого груз опустится с высоты H до конца шкалы. Опыт повторить три раза. Результаты измерений занести в таблицу 1.

5. По стандартной методике, приведённой в приложении, найти абсолютную и относительную погрешности измерения времени. Коэффициент надёжности α задаёт преподаватель. Результаты занести в таблицу 1.

Таблица 1 Измерение основных величин

№ изм.	ti, c	Δti, c	(Δti)2, c2	Данные и результат
				α = σ = tnα = m1 =
				Δt = R = Е t = ΔR =
				r = Еr = Δr = H =
n(n-1)=	<t>=	Δtp=	Snt=	t = <t> Δt

6. Вычислить линейное ускорение груза по формуле: .

7. Вычислить угловое ускорение по формуле: .

8. Вычислить момент инерции всей системы по формуле:

I = I₀ + 4mR²,

где I₀ = (0,018 0,001) кг^.м² – момент инерции системы без грузов,

m = (0,190 0,001) кг – масса груза, закреплённого на стержне.

9. Вычислить вес тела Р по формуле: Р = m₁(g – a),

где m₁ = (203,8 0,1) г.

10. Вычислить момент силы М, вращающей крестообразный маятник по формуле: М = Р^.r.

11. С другой стороны, вычислить момент силы М по формуле:

М = I^.β.

Результаты всех вычислений занести в таблицу 2.

В условиях идеально поставленного опыта М и I^.β должны быть равными в пределах погрешности. Но, как при измерениях, так и при вычислениях определяются погрешности, а при расчётах не принималось во внимание трение, то возможны расхождения.

12. Вычислить абсолютную и относительную погрешности всех найденных величин по формулам:

Δa = aЕ_a, где Е_a = 2Е_t;

Δβ = βЕ_β, где Е_β = 2Е_t;

ΔI = ΔI₀ = 0,001 кг^.м², где ;

ΔР = РЕ_Р, где Е_Р = Е_r;

ΔM = MЕ_M, где Е_M = Е_r;

, где .

Результаты всех вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2 Вычисление момента инерции, момента силы и ускорений

a, м/с2	β, с-2	I, кг.м2	P, Н	M, Н.м	Iβ, Н.м
Δa=	Δβ=	ΔI=	ΔР=	ΔM=	Δ(Iβ)=
Еa=	Еβ=	ЕI=	ЕP=	ЕM=	Е(Iβ)=

13. Округлив полученные результаты, записать ответ по форме:

Ответ: 1) момент вращающей силы М равен:

М = (<М>± DМ) ед. измерения.

2) момент вращающей силы Iβ равен:

Iβ = (< Iβ >± D(Iβ)) ед. измерения.

Пример. Ответ: линейное ускорение груза равно:

a = (0,012 ± 0,001) м/с².

14. Сделать вывод о справедливости основного закона динамики вращательного движения.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется вращательным движением твёрдого тела?

2. Какие линейные и угловые величины характеризуют вращательное движение? Их физический смысл.

3. Какая сила называется вращающей?

4. Что называется моментом вращающей силы? Какова его роль во вращательном движении?

5. В каких единицах измеряются все вышеперечисленные величины?

6. Сформулировать и записать основное уравнение динамики вращательного движения.

7. Сравнить основное уравнение динамики поступательного движения с основным уравнением динамики вращательного движения. Объяснить сходство и различие.

8. Вывести формулу основного уравнения динамики вращательного движения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Савельев И.В. Курс общей физики. 1982, т.1, §§ 36-39.

2. Зисман Г.А., Тодес О.М. Курс общей физики. 1972, т.1, §§ 20-22.

3. Грабовский Р.И. Курс физики. 1980, ч.1, §§ 21-23.

Приложение