Описание экспериментальной установки

 

 

Общий вид установки изображен на рис.6.2. Подставка 1 оснащена регулируемыми ножками 2, которые позволяют сделать выравнивание прибора. На подставке закреплена колонна 3, к которой прикреплен неподвижный верхний кронштейн 4 и подвижной нижний кронштейн 5. На верхнем кронштейне находится электромагнит 6, фотоэлектрический датчик №1 (7) и вороток 8 для закрепление и регулирования длины бифилярной подвески маятника. Нижний кронштейн вместе с прикрепленным к нему фотоэлектрическим датчиком №2 (9) можно перемещать вдоль колонны и фиксировать в произвольно выбранном положении. Маятник 10 прибора - это ролик, закрепленный на оси и подвешенный на бифилярном подвесе, на который накладываются сменные кольца 11, изменяя таким образом момент инерции системы.

 

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Задание 1

1. Намотать на ось маятника нить подвески, обращая внимание на то, чтобы она обматывалась равномерно - виток к витку. Фиксировать маятник с помощью электромагнита, обращая внимание на то, чтобы нить при этом положении была не очень затянута. Вернуть маятник в направлении его движения на угол около 5⁰. Нажать клавишу "Сброс". Нажать клавишу «Пуск». Посчитать измеренное значение времени падения маятника. Провести измерение времени не менее 5 раз. По шкале на вертикальной колонне прибора определить длину маятника.

Данные занести в таблицу 6.1.

 

Таблица 6.1 – Расчет экспериментального значения момента инерции  маятника Максвелла

t 1 =           (с)	t 2 =            (с)	t 3 =                  (с)	t 4 =            (с)	t 5 =                  (с)
=                  (кг·м2)

2.  Измерить параметры маятника. Данные занести в таблицу 6.2.

Таблица 6.2 – Расчет теоретического значения момента инерции  маятника Максвелла

	Масса, (кг)	Линейные размеры, (м)	Моменты инерции,  кг·м2
Момент инерции стержня (оси)	m0=	D0 =
Момент инерции диска	mD=	DD =
Момент инерции кольца	m k=	Dk =
Момент инерции  маятника

3. Определить массу маятника вместе с кольцом по формуле:

                                              (6.9)

где m₀ - масса оси маятника;

m_k - масса кольца;

m_D - диска.

4. По формуле (6.8) определить момент инерции маятника .

5. Вычислить относительную и абсолютную ошибки его определения   (см. Приложение А):

6. Теоретическое значение, рассчитанное по формуле:

где J _o – момент инерции оси маятника;

J _D – момент инерции ролика;

J _к – момент инерции кольца.

Значение отдельных моментов инерции определяются по формулам:

Окончательный результат представьте в виде:

Задание 2

1. Определить с помощью маятника Максвелла силу сопротивления воздуха.

2. Согласно закону сохранения энергии:  

т.е. работа силы трения равна изменению полной механической энергии

3. По определению механической работы: ,

где S – перемещение тела, F_С – сила сопротивления воздуха.

4. Изменение полной механической энергии равно изменению потенциальной энергии маятника: , где h ₁ – расстояние, на которое маятник опустится за один ход, h ₂ – расстояние, на которое маятник опустится за следующий ход, m – масса маятника.

5. Тогда перемещение маятника будет равно: .

6. Следовательно, сила сопротивления воздуха рассчитывается по формуле:

.

7. Опыт повторить 5 раз. Полученные значения занести в таблицу 6.3.