МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕСИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

Кафедра физики

Лаборатория механики и молекулярной физики №1(213а)

Лабораторная работа №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВОГО КОЛЕСА И СИЛЫ ТРЕНИЯ В ОПОРЕ

Отредактировал: Воронцова Е.Н.

Ижевск 2011

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВОГО КОЛЕСА И СИЛЫ ТРЕНИЯ В ОПОРЕ

Цель работы: сравнение моментов инерции тел, вычисленных различными методами. Определение силы трения.

Приборы и принадлежности: 1) установка, состоящая из двух маховых колёс и груза, 2) штангенциркуль, 3) масштабная линейка, 4) секундомер.

В данной работе нужно определить момент инерции махового колеса и силу трения в опоре. Определение понятия момента инерции тела дано в предыдущей работе.

Трение играет очень большую роль в природе и технике. Посредством трения осуществляется необратимый переход всех видов энергии в теплоту. Трение обусловлено шероховатостью соприкасающихся поверхностей – взаимным зацеплением выступов на них. При достаточно гладких поверхностях главной причиной трения становятся силы сцепления между молекулами трущихся поверхностей.

Рис.I. К определению силы трения.

Опыт показывает, что сила трения Fтр (рис. I) пропорциональна силе N, прижимающей соприкасающиеся поверхности тела друг к другу, т.е. силе нормального давления: Fтр = KN (1)

Коэффициент К называется коэффициентом трения. Он зависит от рода вещества и качества обработки трущихся поверхностей.

В настоящей работе момент инерции махового колеса и сила трения в опоре определяются косвенным путем, на основании закона сохранения энергии.

Установка состоит из двух маховых колёс, насаженных на общий вал вращения, груза Р с нитью, намотанной на вал и опоры, на которую падает груз. (рис. 2). Груз Р, находящийся на высоте h, обладает некоторой потенциальной энергией. Если предоставить грузу возможность падать, то это падение будет происходить с ускорением а. При падении груза массой m его потенциальная энергия переходит в кинетическую энергию поступательного движения груза , кинетическую энергию вращательного движения маховых колёси расходуется на преодоление силы тренияF_тр.

На основании закона сохранения энергии можно записать:

, (2)

Рис. 2

где w – угловая скорость вращения маховика, V – скорость падения груза в момент времени t, когда груз коснётся опоры П, I – момент инерции двух колес, F_тр – сила трения в опоре.

Движение груза будет равноускоренным без начальной скорости (V₀ = 0), поэтому

и ,

угловая скорость равна . (3)

Силу трения в опоре определяют исходя из следующих соображений. После того, как груз опустился с высоты h, маховые колеса, вращаясь по инерции, поднимают груз на высоту h₁, где h₁ < h. При этом груз приобретает потенциальную энергию . Изменение потенциальной энергии равно работе по преодолению силы трения на пути , т.е.

,

следовательно,

(4)

Подставляя в формулу (2) значение F_тр, V, w получим

.

Произведя математические преобразования, получим

. (5)