Описание экспериментальной установки

Общий вид установки изображен на рис. 10.5. На вертикальной стойке 1 размещены верхний и нижний кронштейны 2. Между кронштейнами 2 на стальной проволоке 3 подвешена рамка 4, предназначенная для установки и закрепления исследуемого груза 5. В центрах груза, в серединах его ребер, у вершин имеются углубления для закрепления в рамке. На кронштейне 6 размещены шкала 7, предназначенная для определения начального угла поворота рамки, электромагнит 8 для фиксации рамки в заданном положении и блок питания электромагнита 12. Электромагнит фиксируется в требуемом положении стопорным винтом 9. На кронштейне 6 закреплен фотоэлектрический датчик 10. На основании 1 закреплен миллисекундомер физический комбинированный 11, служащий для отсчета времени и числа колебаний. Исследуемый груз (куб) закрепляется в рамке, начальное положение которой фиксируется электромагнитом. После того, как будет нажата кнопка ПУСК на панели миллисекундомера, отключается электромагнит, а рамка с грузом начинает совершать крутильные колебания. Флажок, установленный на рамке, во время колебаний пересекает световой поток в датчике фотоэлектрическом, с которого сигнал поступает на миллисекундомер.

Период крутильных колебаний определяется на основании показаний миллисекундомера по формуле: , где – время колебаний, – число колебаний.

Подготовка установки к работе

1. Включить в сеть блок питания миллисекундомера. Нажать кнопку СЕТЬ на лицевой панели, при этом должны загореться цифровые индикаторы.

2. Дать миллисекундомеру 1-2 мин прогреться и включить тумблер блока питания электромагнита.

3. Закрепить груз в рамке, для чего освободить подвижную планку, отвернув гайки боковых цанг.

4. Поднять подвижную планку по направляющим и, придерживая ее рукой, установить груз так, чтобы соответствующее углубление в центре однойиз граней, вошло в выступ на нижней перекладине рамки.

5. Отпустить подвижную планку по направляющим, зажать гайки боковых цанг и поджать груз сверху винтом.

Методика эксперимента и обработка результатов измерений

Задание 1: определить период колебания куба.

1. Установить электромагнит на угол 60⁰−80⁰ по шкале и зафиксировать его положение стопорным винтом.

2. В рамке прибора закрепить образец, имеющий форму куба.

3. Поворачивая рамку прибора, приблизить ее стрелку к электромагниту таким образом, чтобы положение рамки было зафиксировано.

4. Нажать кнопку ПУСК.

5. После того, как произойдет не менее 10 крутильных колебаний, нажать кнопку СТОП.

6. Зная число колебаний и время колебаний, за которое эти колебания произошли, вычислить период колебаний крутильного маятника.

7. Измерения повторить 5−6 раз и вычислить среднее значение периода колебаний. Результаты измерений занести в таблице 10.2.

Периоды колебаний Т₁...Т₁₁ определите для следующих положений куба: а) ось вращения проходит через центры двух противоположных граней (Т₁, Т₂, Т₃); б) ось вращения проходит по главной диагонали куба (Т₄, Т₅, Т₆ и Т₇); в) ось вращения проходит через середины противолежащих ребер куба (Т₈, Т₉, Т₁₀, Т₁₁). Сравнить периоды колебаний куба относительно главных осей. Рассчитать погрешности периодов колебаний куба.

Таблица 10.2

№	Т1	Т2	Т3	Т4	Т5	Т6	Т7	Т8	Т9	Т10	Т11
1.
2.
3.
4.
5.
Тср

Задание 2: вычислить момент инерции куба по формуле (10.10).

Задание 3: найти период колебаний свободной рамки.

1. Поворачивая рамку прибора, приблизить ее стрелку к электромагниту таким образом, чтобы положение рамки было зафиксировано.

2. Нажать кнопку ПУСК.

3. После того, как произойдет не менее 10 крутильных колебаний, нажать кнопку СТОП.

4. Зная число колебаний и время колебаний, за которое эти колебания произошли, вычислить период колебаний свободной рамки.

5. Измерения повторить 5 раз и вычислить среднее значение периода колебаний. Результаты измерений занести в табл. 10.3.

6. Рассчитать погрешность периода колебаний свободной рамки.

Таблица 10.3

	1	2	3	4	5	Тср
Т0

Задание 4: вычислить момент инерции свободной рамки по формуле (10.16).

Задание 5: рассчитать постоянную кручения D по формуле (10.14). Оценить погрешность расчета постоянной кручения.