II Приборы и принадлежности

Металлический стержень, линейка, весы, секундомер.

III. Описание экспериментальной установки и метода измерения

В качестве физического маятника используется металлический стержень, который подвешен на горизонтальной опоре и может совершать в вертикальной плоскости колебания.

Из формулы (9) можно выразить значение для момента инерции физического маятника:

(10)

Момент инерции тела, для произвольной оси колебаний J и момент инерции тела J₀ для оси, проходящей через центр тяжести, связаны по теореме Штейнера:

J = J₀ + md² (11)

Из уравнения (11) запишем:

J₀ = J – md² (12)

С учётом (10) и (12) получим:

(13)

Пользуясь формулой (13) можно экспериментально определить момент инерции физического маятника относительно оси, проходящей через центр тяжести тела.

IV. Выполнение работы

1. Определить массу стержня.

2. Измерив, число полных колебаний N и время t, за которое совершено N колебаний, определить период колебаний по формуле:

3. Измерив, расстояние между центром тяжести и осью колебаний, по формуле (13) определить момент инерции J_0э.

4. Изменяя, расстояние между центром тяжести и осью колебаний d, проделать ещё три раза все измерения и вычисления. Результаты измерений и расчётов занести в табл.1

Таблица 1.

№/п	Название	Обозначения	№ опыта
			1	2	3	4
1	Масса стержня	т (кг)
2	Длина стержня	l (м)
3	Расстояние между центром тяжести и осью	d (м)
4	Время колебаний	t (с)
5	Число колебаний	N
6	Период колебаний	Т (с)
7	Экспериментальное значение момента инерции	Jоэ

5. Определить среднее значение момента инерции J_0ср.

6. Измерив длину стержня l, определить J₀ по табличной формуле:

(14)

7. Определить абсолютную и относительную ошибку экспериментального измерения J_0ср по сравнению с расчётным значением, вычисленным по формуле (14).

V. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Краткое теоретическое описание.

2. Ход выполнения работы.

3. Экспериментальные данные.

4. Результаты вычислений.

5. Таблицу.

6. Выводы.

VI. Контрольные вопросы

1. Что называется массой тела?

2. Что называется моментом инерции тела?

3. Как читается основной закон динамики вращательного движения? Записать аналитически этот закон.

4. Чему равен момент инерции любого тела, шара, стержня, цилиндра?

5. Чему равен период колебаний физического, математического маятника?

6. Как определить момент инерции физического маятника экспериментально?

7. Сформулируйте теорему Штейнера.

8. Как определить момент инерции однородного стержня относительно оси, проходящей через центр тяжести?

9. Что такое физический маятник?

10. Получите дифференциальное уравнение гармонических колебаний физического маятника.

11. В чем состоит различие физического маятника от математического?

12. Как определяется приведенная длина физического маятника?

13. Уравнение затухающих колебаний точки дано в виде

Х = 5е^-0,25t·sin()(м)

Найдите скорость колебания точки в момент времени, равный периоду колебаний.

14. К пружине подвешен груз, максимальная кинетическая энергия колебаний груза равна 1Дж. Амплитуда колебаний 5 см. Найдите жесткость пружины.

15. Медный шарик, подвешенный к пружине, совершает вертикальные колебания. Как изменится период колебаний, если к пружине подвесить вместо медного шарика алюминиевый такого же радиуса?

16. К пружине подвешен груз массой 10 кг. Зная, что пружина под влиянием силы 9,8 Н растягивается на 1,5 см. Найдите период вертикальных колебаний груза.