Изучение вращательного движения на маятнике Обербека
Экспериментальная проверка уравнения динамики вращательного движения твердого тела на маятнике Обербека. Определение момента инерции маятника, отношения моментов вращения к угловому ускорению и их прямой зависимости от положения грузов на маятнике.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.10.2018 |
| Размер файла | 110,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Отчет по лабораторной работе
«Изучение вращательного движения на маятнике Обербека»
студента группы ТБб(до)зу-15-1
Мишина А.В.
Цель работы - экспериментальная проверка уравнения динамики вращательного движения твердого тела.
Схема экспериментальной установки:
1 - подвешенная платформа с перегрузом; 2 - секундомер; 3 - один из четырех стержней; 4 - один из грузов для стержней; 5 - ведущий (центральный) ролик;6 - ролик ведомый; 7 - нить; 8,9 - места проверки секундомера
Результаты исследований
|
h= 1,600м, mп= 0,100 кг, lст= 0,230 м, mст= 0,090 кг, D= 0,020м, m0= 0,140 кг, R = 0, 220 м |
|||||||||
|
N опыта |
D, м |
m=mп+mг, кг |
t1, c |
t2, c |
t3, c |
<t>, с |
Mн, Н?м |
е, с?2 |
|
|
1 |
0,02 |
0,2 |
26,54 |
27,40 |
26,36 |
26,77 |
0,02 |
0,45 |
|
|
2 |
0,02 |
0,3 |
19,59 |
20,18 |
20,35 |
20,04 |
0,03 |
0,80 |
|
|
3 |
0,02 |
0,4 |
17,26 |
17,03 |
17,36 |
17,22 |
0,04 |
1,08 |
|
|
4 |
0,02 |
0,5 |
15,52 |
16,12 |
16,26 |
15,97 |
0,05 |
1,25 |
|
|
5 |
0,02 |
0,6 |
14,07 |
14,19 |
14,17 |
14,14 |
0,06 |
1,6 |
Обработка результатов измерений
Для каждого значения m находим момент силы натяжения нити Мн, угловое ускорение маятника по формулам и заносим в таблицу,
Мн = D/2 Ч m Ч (g - 2h/t2) е = 4h/Dt2;
M1 = 0,02/2 Ч 0,2 (9.81 - 2Ч1,6/26,772) = 0,02;
M2 = 0,02/2 Ч 0,3 (9.81 - 2Ч1,6/20,042) = 0,03;
M3 = 0,02/2 Ч 0,4 (9.81 - 2Ч1,6/17,222) = 0,04;
M4 = 0,02/2 Ч 0,5 (9.81 - 2Ч1,6/15,972) = 0,05;
M5 = 0,02/2 Ч 0,6 (9.81 - 2Ч1,6/14,142) = 0,06;
е1 = 4 Ч 1,6/0,02 Ч 26,772 = 0,45;
е2 = 4 Ч 1,6/0,02 Ч 20,042 = 0,8;
е3 = 4 Ч 1,6/0,02 Ч 17,222 = 1,08;
е4 = 4 Ч 1,6/0,02 Ч 15,972 = 1,25;
е5 = 4 Ч 1,6/0,02 Ч 14,142 = 1,6;
Построим график экспериментальной зависимости е = f(Mн)
Используя построенный график, определяем экспериментальное значение момента инерции по формуле:
Jэксп =1/А=1/27,5= 0.036
А=27,5 - угловой коэффициент.
По формуле
J = 4Ч (1/3 Ч mст Ч l2 + m0 Ч R2)
вращательное движение маятник обербек
определяем расчётное значение момента инерции:
J = 4 Ч (0,001587 + 0,006776) = 0,033
В ходе работы определяется момент инерции маятника, отношение моментов вращения к угловому ускорению не зависит от положения грузов на маятнике. Значения для моментов инерции, полученные теоретическим способом, примерно равны моментам инерции полученных в опытах.
Ответы на контрольные вопросы
1. Какой закон механики проверяется в эксперименте с маятником Обербека ? Какие переменные измеряются в эксперименте?
Динамика вращательного движения. Измеряется время движения платформы, с различным грузом.
2. Укажите направление векторов е; Мн; Мтр. Приведите определения этих величин.
Направление вектора е по оси y, Мн и Мтр по оси х.
е - угловое ускорение маятника.
Мн - момент силы натяжения нити
Мтр - момент силы трения качения в оси блока.
3. Выведите уравнения (2.7), (2.9), (2.12).
Момент, создаваемый силой натяжения нити Т, имеет вид: Мн = D/2 Ч Т Из уравнения движения платформы с перегрузком сила натяжения нити:
ma = mg - T или T = mЧ(g - a)
где m = mn + mг - суммарная масса платформы и перегрузка. Измеряя время t, в течение которого платформа с перегрузком из состояния покоя опустится на расстояние h, находим линейное ускорение платформы, a по формуле кинематики: a = 2h/t2, решая совместно систему вышеуказанных уравнений, получим выражение для момента:
Мн = D/2ЧmЧ(g-2h/t2)
Линейное ускорение точек обода шкива равно линейному ускорению платформы a. Угловое ускорение шкива еРазмещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
связано с линейным ускорением aРазмещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
кинематическим соотношением: a = D/2е, формула кинематики a = 2h/t2 откуда следует е = 4h/Dt2 вращательное движение твердое тело
Расчётное значение момента инерции можно определить исходя из значений параметров установки - массы стержня mст, длины стержней от оси вращения lст, и расстояние от оси вращения до положения грузов m0R:
J = 4Ч (1/3 Ч mст Ч l2 + m0 Ч R2)
4. Момент силы трения исключить невозможно. В соответствии с уравнением (2.10) относительную роль момента силы трения можно легко уменьшить, увеличивая момент силы натяжения нити, т.е. посредством увеличения массы перегрузка на платформе. Однако это не так. Почему?
В реальном эксперименте момент силы трения Мтр исключить невозможно. При небольших нагрузках на ось вращения (при небольшой массе m) момент силы трения можно считать постоянным (Мтр = const).
5.Почему важно удостоверится в том, что маятник в отсутствии нагрузки на нить находится в безразличном равновесии?
Для проведения эксперимента и снятия реальных опытных показателей при любой ориентации стержней маятник должен оставаться неподвижным.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика организации экспериментальной проверки уравнения динамики вращательного движения твердого тела. Особенности экспериментального и расчетного определения значения момента инерции. Условия проведения эксперимента, принимаемые допущения.
лабораторная работа [18,3 K], добавлен 28.03.2012Экспериментальное изучение динамики вращательного движения твердого тела и определение на этой основе его момента инерции. Расчет моментов инерции маятника и грузов на стержне маятника. Схема установки для определения момента инерции, ее параметры.
лабораторная работа [203,7 K], добавлен 24.10.2013Механика твёрдого тела, динамика поступательного и вращательного движения. Определение момента инерции тела с помощью маятника Обербека. Сущность кинематики и динамики колебательного движения. Зависимость углового ускорения от момента внешней силы.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 28.01.2010Проверка основного закона динамики вращательного движения и определение момента инерции динамическим методом. Законы сохранения импульса и механической энергии на примере ударного взаимодействия двух шаров. Вращательное движение на приборе Обербека.
лабораторная работа [87,7 K], добавлен 25.01.2011Сущность механического, поступательного и вращательного движения твердого тела. Использование угловых величин для кинематического описания вращения. Определение моментов инерции и импульса, центра масс, кинематической энергии и динамики вращающегося тела.
лабораторная работа [491,8 K], добавлен 31.03.2014Исследование момента инерции системы физических тел с помощью маятника Обербека. Скорость падения физического тела. Направление вектора вращения крестовины маятника Обербека. Момент инерции крестовины с грузами. Значения абсолютных погрешностей.
доклад [23,1 K], добавлен 20.09.2011Изучение кинематики и динамики поступательного движения на машине Атвуда. Изучение вращательного движения твердого тела. Определение момента инерции махового ко-леса и момента силы трения в опоре. Изучение физического маятника.
методичка [1,3 M], добавлен 10.03.2007Определение коэффициентов трения качения и скольжения с помощью наклонного маятника. Изучение вращательного движения твердого тела. Сравнение измеренных и вычисленных моментов инерции. Определение момента инерции и проверка теоремы Гюйгенса–Штейнера.
лабораторная работа [456,5 K], добавлен 17.12.2010Динамика вращательного движения твердого тела относительно точки, оси. Расчет моментов инерции некоторых простых тел. Кинетическая энергия вращающегося тела. Закон сохранения момента импульса. Сходство и различие линейных и угловых характеристик движения.
презентация [913,5 K], добавлен 26.10.2016Основной закон динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси. Изучение методических рекомендаций по решению задач. Определение момента инерции системы, относительно оси, перпендикулярной стержню, проходящей через центр масс.
реферат [577,9 K], добавлен 24.12.2010Применение стандартной установки универсального маятника ФПМО-4 для экспериментальной проверки теоремы Штейнера и определения момента инерции твердого тела. Силы, влияющие на колебательное движение маятника. Основной закон динамики вращательного движения.
лабораторная работа [47,6 K], добавлен 08.04.2016Кинетическая энергия вращения твердого тела и момент инерции тела относительно нецентральной оси. Основной закон динамики вращения твердого тела. Вычисление моментов инерции некоторых тел правильной формы. Главные оси и главные моменты инерции.
реферат [287,6 K], добавлен 18.07.2013Определение вязкости глицерина и касторового масла, знакомство с методом Стокса. Виды движения твердого тела. Определение экспериментально величины углового ускорения, момента сил при фиксированных значениях момента инерции вращающейся системы установки.
лабораторная работа [780,2 K], добавлен 30.01.2011Законы вращательного движения. Экспериментальное определение моментов инерции сменных колец с помощью маятника Максвелла. Установка с маятником Максвелла со встроенным миллисекундомером. Набор сменных колец. Устройство регулировки бифилярного подвеса.
контрольная работа [47,8 K], добавлен 17.11.2010Поиск эффективных методов преподавания теории вращательного движения в профильных классах с углубленным изучением физики. Изучение движения материальной точки по окружности. Понятие динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 04.05.2011Динамика вращательного движения твердого тела относительно точки и оси. Расчет моментов инерции простых тел. Кинетическая энергия вращающегося тела. Закон сохранения момента импульса. Сходство и различие линейных и угловых характеристик движения.
презентация [4,2 M], добавлен 13.02.2016Два основных вида вращательного движения твердого тела. Динамические характеристики поступательного движения. Момент силы как мера воздействия на вращающееся тело. Моменты инерции некоторых тел. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося тела.
презентация [258,7 K], добавлен 05.12.2014Момент инерции тела относительно неподвижной оси в случае непрерывного распределения масс однородных тел. Теорема Штейнера. Кинетическая энергия вращающегося твердого тела. Плоское движение твердого тела. Уравнение динамики вращательного движения.
презентация [163,8 K], добавлен 28.07.2015Основы движения твердого тела. Сущность и законы, описывающие характер его поступательного перемещения. Описание вращения твердого тела вокруг неподвижной оси посредством формул. Особенности и базовые кинематические характеристики вращательного движения.
презентация [2,1 M], добавлен 24.10.2013Методика определения момента инерции тела относительно оси, проходящей через центр масс. Экспериментальная проверка аддитивности момента инерции и теоремы Штейнера. Зависимость момента инерции от массы тела и ее распределения относительно оси вращения.
контрольная работа [160,2 K], добавлен 17.11.2010
