Механика. Электричество (стр. 10 )

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3М.

ИЗУЧЕНИЕ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО И ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ТЕЛ

НА МОДЕЛИ МАХОВИКА И ПРОВЕРКА ТЕОРЕМЫ ШТЕЙНЕРА

3.1. Упражнение 1. Изучение поступательного и вращательного движения тел

и определение момента инерции маховика

и момента сил сопротивления вращению маховика

В лабораторной работе на основе опытных данных определяются кинематические, динамические и энергетические характеристики тел при поступательном и вращательном движении.

3.1.1. Описание установки

В лабораторной работе поступательное и вращательное движение тел изучается на примере вращения диска (модели колеса, маховика) 1 со шкивом 2 (рис. 3.1) вокруг неподвижной горизонтальной оси ОZ под действием груза 3, подвешенного на нити 4 к шкиву. Один конец нити прикреплен к шкиву, к другому концу подвешен груз.

Рис. 3.1

В установке предусмотрена возможность фиксации груза на выбранной высоте с помощью электромагнита, расположенного с задней стороны верхней части установки.

Высота падения груза измеряется с помощью линейки.

Для измерения времени падения груза используется секундомер. При нажатии кнопки секундомера «пуск» электромагнит автоматически отключается и под действием силы натяжения шкив с диском начинают вращаться, нить разматывается, груз опускается.

24

После того, как нить полностью разматывается, диск продолжает вращаться в ту же сторону, нить начинает наматываться на шкив в обратном направлении, груз после кратковременной остановки начинает подниматься вверх.

При подъеме груза вверх сила натяжения нити уже не ускоряет, а замедляет вращение диска. Поэтому, когда груз оказывается на некоторой высоте , диск и груз останавливаются.

Время падения груза и высоту , на которую поднимется груз, автоматически фиксируют секундомер и измеритель перемещения.

Таким образом, установка позволяет измерить высоту падения (опускания) груза , время падения , высоту подъема груза , на основе которых при заданных значениях массы груза = 0,0585 кг, диаметра шкива = 0,025 м можно определить кинематические, динамические и энергетические характеристики поступательного движения груза и вращательного движения диска, принимая их равноускоренными.

3.1.2. Порядок выполнения лабораторной работы.

1) Выкрутить цилиндры 8 из диска 1.

2) К свободному концу нити подвесить груз массой .

3) При полностью размотанной со шкива нити линейкой измерить высоту от столика установки 5 до груза 3.

4) Включить секундомер в сеть.

5) Включить включатель секундомера на задней панели, при этом секундомер должен показывать «00.0», а измеритель перемещения «0.00».

6) Вращая диск и наматывая нить на шкив с левой стороны, поднять груз на выбранную высоту над столиком установки и, нажав кнопку электромагнита, зафиксировать груз в этом положении.

7) Измерить высоту линейкой и найти высоту падения

8) Нажать кнопку секундомера «пуск» и дождаться, пока секундомер перестанет считать время, а измеритель перемещения перестанет считать высоту подъема груза.

9) Показание секундомера – время падения груза и показание измерителя перемещения – высоту подъема записать в табл. 3.1.1.

10) Выключить включатель секундомера.

11) Повторить еще два раза измерения и при падении груза с той же высоты .

12) Измерить три раза время падения и высоту подъема при падении груза с той же высоты , когда нить намотана на шкив с правой стороны.

13) Выключить секундомер.

25

Таблица 3.1.1

	1	2	3	4	5	6	Среднее значение
, с
, м

=__________ = __________ = _________

2.3. Задания к упражнению 1

(результаты вычислений внести в таблицу 3.1.2)

1) Вычислить высоту падения груза .

2) Вычислить средние значения времени падения и высоты подъема груза :

3) Учитывая, что падение груза и вращение диска равноускоренные, выразить через измеренные и заданные величины , , и вычислить:

а) ускорение падения груза , используя формулу пути;

б) скорость груза в конце падения (в начале торможения) , используя формулу скорости;

в) угловую скорость диска в конце падения груза, принимая, что нить намотана плотно и проскальзывание нити по шкиву отсутствует и линейная скорость точек обода шкива равна скорости груза , и используя связь линейной скорости с угловой;

г) угловое ускорение диска , предполагая, что проскальзывание нити по шкиву и растяжение нити отсутствуют и тангенциальное ускорение точек обода шкива равно ускорению падения груза , и используя связь с .

д) угол поворота диска за время падения груза ;

е) число оборотов диска во время падения груза, учитывая, что одному обороту соответствует угол поворота .

26

4) Пренебрегая массой нити и действующими на груз силой сопротивления воздуха и силой Архимеда, получить через измеренные и заданные величины , , , и вычислить:

а) силу натяжения нити при падении груза, пользуясь формулой 2-го закона Ньютона;

б) момент силы натяжения , действующий на диск при падении груза, пользуясь формулой определения момента силы.