Контрольные вопросы

1. Какое движение называется вращательным?

2. Дать понятие момента силы и момента инерции.

3. В чем суть основного закона вращательного движения?

4. Как в данной работе определяется момент силы и угловое ускорение?

5. Как зависит момент инерции от массы вращающегося тела и ее распределения?

Литература

1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1990. – 478с.

2. Савельев И.В. Курс общей физики, т.1. Механика. Молекулярная физика: Учебное пособие. – 2-е изд., перераб. – М.: Наука. Главная редакция физико–математической литературы, 1982. – 432с.

3. Кортнев А.В. Практикум по физике. /Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Кузнецов А.М.: – М: Высшая школа, 1963. – 516с.

4. Конспект лекций.

Лабораторная работа № 4 Определение момента инерции махового колеса методом колебаний

Цель работы:1.Освоение методики определения момента инерции тела по его колебаниям как физического маятника.

2.Практическое применение теоремы Штейнера.

3.Вычислить погрешность измерения.

Приборы и принадлежности: Маховое колесо, цилиндрические тела, штангенциркуль, секундомер, лабораторные весы, разновесы.

Краткая теория

Маховое колесо (рис.1) – это тело, которое может вращаться вокруг некоторой оси. Центр тяжести махового колеса находится на оси вращения. Поэтому его равновесие будет безразличным. Если же к маховику на некотором расстоянии от оси вращения прикрепить тело, то центр его сместится, и равновесие маховика будет устойчивым. Выведенное из положения равновесия маховое колесо с добавочным грузом под действием силы тяжести будет колебаться около оси вращения. В этом случае маховик будет представлять собой физический маятник, период колебания которого определяется так:

, (1)

где J – момент инерции физического маятника относительно оси вращения;

M – масса маятника;

d – расстояние от центра тяжести С маятника до оси вращения (рис.2, рис.3).

Для махового колеса с прикрепленным грузом момент инерции:

J = J₁ + J₂,

где J₂ – момент инерции груза цилиндрической формы относительно оси вращения маховика.

рис.1

Момент инерции маховика без груза относительно оси вращения ОО₁ – по теории Штейнера;

,

где R – расстояние между осями ОО₁ и nn₁;

J₀ – момент инерции груза относительно собственной оси вращения nn_1, параллельной оси вращения маховика, он равен:

,

где m – масса прикрепленного груза;

r – радиус цилиндра груза.

Следовательно:

.

Подставляя значение J в формуле (1) имеем:

, .

. (2)

рис.2

М – масса маятника, складывается из массы маховика М₀ и массы груза m:

M = M₀ + m.

рис.3

Найдем теперь центр тяжести С всей системы маховика и груза. Расстояние от центра тяжести до оси вращения d.

P – вес махового колеса: P = M₀g.

Q – вес прикрепленного груза: Q = mg.

Из правила сложения параллельных сил вытекает, что

, (3)

где On = R – расстояние между осями вращения ОО₁ и nn₁;

С – центр тяжести всей системы.

Преобразуя отношение (3), найдем d – расстояние от центра тяжести С до оси вращения О (рис.3).

откуда .

Подставляя значения d и J₂ в формулу (2), находим момент инерции махового колеса:

,

или . (4)

Величины m, r, R находятся непосредственным измерением.

Т – опытным путем.