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 = aЕa, где Еa = 2Еt;
Δβ = βЕβ, где Еβ = 2Еt;
ΔI = ΔI0 = 0,001 кг.м2, где ;
ΔР = РЕР, где ЕР = Еr;
ΔM = MЕM, где ЕM = Еr;
, 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