Определение момента инерции физического маятника

Лабораторная работа 1.6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ

ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

Библиографический список

1.  . Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985.

2.  . Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. Т. 1.

Цель работы – определение момента инерции физического маятника.

Приборы и принадлежности: лабораторная установка «Определение момента инерции физического маятника», секундомер, весы технические, разновес, линейка измерительная.

Описание метода измерений
и экспериментальной установки

Физическим маятником называют тело, укрепленное на неподвижной горизонтальной оси, не проходящей через центр тяжести тела А (рис. 1).
В положении равновесия радиус-вектор центра тяжести l у такого тела займет вертикальное положение ОА0.

При отклонении от положения равновесия возникает возвращающая сила (- F), направленная в сторону, противоположную отклонению .

При малых углах можно считать и момент возвращающей силы принять равным

, (1)

Но по второму закону динамики

, (2)

Поэтому, приравнивая правые части (1) и (2), получим уравнение движения маятника в виде

или

,

если , .

Решение этого уравнения можно представить в виде

,

т. е. уравнением гармонических колебаний с периодом ,

т. е. .

Откуда следует, что для физического маятника

, (3)

Описание установки

Вверху вертикальной стальной колонки 2 с основанием 1 укреплена опорная призма 3, верхняя грань которой служит осью подвеса штанги маятника 4 с передвижным грузом 5. (рис. 2). Груз 5 можно укрепить на штанге винтом 6. Для определения центра тяжести маятника на столе укреплена призма 7, на которой уравновешивают штангу с грузом.

Порядок выполнения лабораторной работы

1. Укрепить груз на штанге в нижнем положении.

2. Взвесить штангу маятника вместе с грузом [определить кг].

3. Уравновешиванием на призме 7 определить положение центра тяжести и величину м маятника.

4. Подвесив и отклонив маятник от положения равновесия на небольшой угол, найти время десяти полных качаний и период .

5. По формуле (3) определить I и оценить относительную погрешность результата

.

6. Найти доверительный интервал и записать результат по форме .

7. Повторить опыт по пп. 1 – 5 (кроме взвешивания) пять раз.

8. Сравнить значения моментов инерции по всем пяти опытам , , …,, построив график в осях координат I и l.

Таблица

№ опыта	t, с	Т, с	DТ	I, кг. м2	DI
1
…
5

Контрольные вопросы

1. Что такое физический маятник? От каких величин зависит период колебаний физического маятника?

2. Зависит ли период колебаний физического маятника от амплитуды колебаний?

3. Что такое момент инерции тела и от чего он зависит?

4. Как можно рассчитать момент инерции маятника в данной лабораторной работе, зная массу стержня, массу груза, длину стержня и расстояние от оси вращения до груза?

5. Вывести формулу для расчета момента инерции стержня.