считайте погрешность измерений эффективного диаметра молекулы.

			m1=… , r=… ,		l=… .
Номер	τ, с	Т,	m2, кг	V, м3		Р, Па	h1 , м	h2, м
изме-		°К
рения
1
2
3
4
5

Техника безопасности

При выполнении работы соблюдают общие требования техники безопасности в лаборатории механики.

Контрольные вопросы

1.Что называется средней длиной свободного пробега молекул?

2.От каких параметров зависит средняя длина свободного пробега молекул?

3.Как определить эффективный диаметр молекул любого газа?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высш.школа, 1998, с. 92-93.

2. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики, М.: Высш.школа, 2000,

с. 136-137.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 17

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

ИПРОВЕРКА ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ

ИПРЕОБРАЗОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ НА ПРИМЕРЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА

Приборы и принадлежности: маятник Максвелла, угольник, сменные кольца, штангенциркуль, микрометр.

Цель работы: определение момента инерции маятника Максвелла и экспериментальная проверка закона сохранения и преобразования механической энергии.

30

Краткая теория

Любое движение твердого тела может быть представлено как сумма двух независимых движений: вращательного вокруг неподвижной оси и поступательного движения центра масс. Динамические характеристики поступательного движения определяются массой тела и силой, действующей на него, а вращательного – моментом инерции и вращающим моментом (моментом сил).

Моментом инерции материальной точки Ii относительно оси вращения называется физическая величина, равная произведению ее массы mi на квадрат расстояния li от оси вращения до материальной точки: Ii=mili2, i − номер точки.

Момент инерции твердого тела равен сумме моментов инер-

ции материальных точек, на которые мысленно разбито это тело:

n	n
I = ∑Ii = ∑mili		2.
i=1	i=1

Один из способов определения моментов инерции основан на использовании физических закономерностей маятника Максвелла, который представляет собой колебательную систему, состоящую из диска (тела вращения), неподвижно закрепленного на оси, которая подвешена на двух параллельных нитях. Если накрутить нить на ось (рис. 17.1, а), подняв маятник на высоту h, а затем его отпустить, то он под действием силы тяжести начнет опускаться и его потенциальная энергия будет преобразовываться в кинетическую энергию поступательного и вращательного движения. В крайнем нижнем положении, когда скорость поступательного движения почти ''мгновенно'' становится равной нулю, возникает дополнительная сила, которая воспринимается системой как ''- рывок'' (рис. 17.1, б). Но вращательное движение маятника не прекращается, нить опять наматывается на ось, и маятник поднимается на высоту h1<h, так как часть энергии затрачивается на деформацию нити и ее трение об ось (рис. 17.1, в).

Рис. 17.1

Затем весь цикл повторяется, но маятник теперь будет вращаться в другом направлении. Таким образом, маятник совершает затухающие колебания в вертикальной плоскости (поступательное движение).

При опускании маятник движется с постоянным линейным а и угловым ε ускорениями и его движение описывается уравнениями

	h =υ0t +	at2	и ϕ =ω0t +	εt2	,
		2		2

где h – высота подъема маятника (см. рис. 17.1 а, б), ϕ − угол поворота маятника, υ0 и ω0 − соответственно линейная и угловая начальные скорости. Из этих уравнений при начальных условиях υ0=0 и ω0 =0 получаем

a =

2h

и

ε =

2ϕ

.

t2

t2

Если

учесть, что

за

один оборот

маятник

опускается на

h =πd,

где d=dо+2dн (dо

− диаметр

оси; dн − диаметр нити,

рис. 17.2) и поворачивается на угол

ϕ = 2π, то при опускании с

высоты h маятник совершит

N = h

h оборотов и повернется на

угол ϕ = N ϕ = 2h d . Окончательно будем иметь

a =

2h

,

ε =

4h

,

(17.1)

t2

d t2

υ =

2h

,

ω =

4h

.

(17.2)

t

d t

32