II. Приборы и принадлежности
Крестообразный маховик, набор цилиндрических грузов (4шт.), надеваемых на спицы маховика, набор гирь для подвешивания к нити, штангенциркуль, длинная миллиметровая линейка, электросекундомер.
III. Описание экспериментальной установки и метода измерения
Крестообразный маховик (рис. 6) состоит из четырёх стержней, ввинченных во втулку (1), под прямым углом друг к другу. Втулка насажена на вал, закреплённый в подшипниках, рядом со шкивом (2), на который наматывается нить с подвешенной к нему гирей (3).
Высота, с которой падает гиря, измеряется при помощи линейки (5).
К стержням маховика шпильками крепятся цилиндрические съёмные грузики (4) по одному на каждом стержне, массой т=250г каждый .
Время опускания гири (3) определяется с помощью электросекундомера (6), пуск и остановка которого производится автоматически.
Для этого пружинящий контакт (7) поворачивается из вертикального (а) положения в горизонтальное (б), накрывая один из стержней маховика, и фиксируется в этом положении, с помощью контакта (8) поворачиваемого в горизонтальной плоскости из положения (а) в положение (б).
При этом контакты (7) и (8) замкнуты и секундомер отключён, а маховик удерживается от вращения контактом (7). Установка не действует.
Если с помощью нити (9) перевести контакт (8) в положение (а), контакт (7) при помощи пружины возвращается в положение (а), освобождая маховик.
Одновременно при размыкании контактов (7) и (8) включается секундомер. Он работает до удара гири по площадке (10), которая нажимает на кнопку (11), включенную в схему управления секундомера (для наглядности на рис.6 площадка приподнята).
Большая стрелка секундомера указывает десятые и сотые доли секунды, малая - целые секунды.
Для возвращения стрелки секундомера в исходное положение нужно нажать на кнопку (12), постоянно увеличивая нажим.
Чтобы
выяснить, чем определяется характер
вращения тела вокруг неподвижной оси,
возьмем тело в виде легкой крестовины,
на концах которой закреплены равные
массивные грузы т.
Крестовина скреплена со шкивом, ось
которого легко вращается в подшипниках.
На шкив наматывается нить, к концу
которой подвешена гиря массой m1.
Если отпустить гирю, крестовина придет
во вращение со все возрастающей угловой
скоростью, причем вращение будет
равноускоренным (рис.7). Изменяя массу
гири, радиус шкива r,
массу грузов m
и их расстояния от оси ращения, можно
выяснить, что угловое ускорение
- прямо пропорционально натяжению нити Т и радиусу шкива r;
- обратно пропорционально массе грузов m и квадрату их расстояния R от оси вращения.
m1 а = P - T, Р = m1 g (14)
тогда
T= m1 g - m1 а = m1(g-а) (15)
Сила
,с которой нить
действует но обод шкива, равна по третьему
закону Ньютона силе
,
действующей на гирю.
Вращающий момент, приложенный к телу, равен поэтому:
(16)
В тоже время угловое ускорение:
(17)
Момент инерции маховика находим по формуле:
(18)
Ускорение а находят по времени t, в течение которого гиря m1 опускается на высоту h:
т.к.
(19)
(20)