Экспериментальная установка

При подготовке к измерению махового колеса шнур наматывается на вал виток к витку. К концу шнура прикреплена платформа известной массы, на которую накладываются грузы из набора к установке. Для измерения высоты падения груза h₁ и высоты его поднятия h₂ рядом с установкой укреплена масштабная линейка. Время падения груза измеряется с помощью ручного или стационарного электронного секундомера.

Порядок выполнения работы

Задание 1. Измерение момента инерции махового колеса и момента силы трения.

Измерения и обработка результатов

1. Штангенциркулем измеряют радиус вала.

2. Высоту падения груза h₁ во всех опытах можно брать одной и той же. Поэтому ее можно предварительно измерить как расстояние между заранее выбранным верхним положением груза и его положением при полном разматывании шнура.

3. Наматывают шнур на вал, поднимая груз до выбранной отметки. На платформу кладут один груз из набора. Измеряют время падения груза до полного разматывания шнура.

4. Измеряют высоту h₂, на которую поднимается груз после разматывания шнура.

5. Опыт с одним грузом повторяют не менее трех раз. Затем выполняют измерения с двумя и тремя грузами. Все данные заносят в таблицу 1 отчета.

6. По формулам (8.6) и (8.7) для каждого значения массы вычисляют момент силы трения в опорах и момент инерции махового колеса, подставляя средние значения времени t и высоты h₂.

7. Находят среднее значение момента инерции махового колеса. Не имеет смысла находить среднее значение момента силы трения, так как при разных нагрузках на вал он должен иметь разные значения.

8. Погрешности измерения момента инерции предлагается оценить для опыта с одним из грузов. Полученное значение относительной погрешности момента инерции можно применить к среднему значению момента инерции. Величины систематических погрешностей измерений высот h₁ и h₂ следует брать, исходя из реальных условий их измерения. Погрешности измерений масс платформы и грузов равны  0,5 г.

9. Анализируют вклад погрешностей измерений всех величин в общую погрешность и указывают, какая из величин должна быть измерена с наибольшей точностью.

Задание 2. Вычисление момента инерции махового колеса.

Необходимо рассчитать момент инерции махового колеса, исходя из его конструкции и геометрических размеров. Плотность железа принять равной 7,8 г/см³. Погрешность этого расчета можно не определять. Рассчитанное значение момента инерции сравнивают с измеренным.

Контрольные вопросы

1. Что называют моментом инерции материальной точки, твердого тела?

2. Сформулируйте свойство аддитивности момента инерции системы тел.

3. Какой подход используется в данной работе для расчета момента инерции махового колеса?

4. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

5. Можно ли применить закон сохранения энергии к диссипативной системе?

6. Как связаны угловые и линейные кинематические величины?

7. Получите формулу для расчета момента силы трения в опоре махового колеса и для расчета момента инерции махового колеса.

8. Как рассчитать момент инерции махового колеса, исходя из его геометрических размеров и формы?