- •Лабораторна робота мех 1 вивчення законів рівномірного та рівноприскореного рухів
- •Основні теоретичні відомості
- •1 М/с2.
- •Опис лабораторної установки
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання 2. Дослідження законів рівноприскореного руху
- •7. Порівняти одержані в трьох серіях вимірювань значення прискорення з урахуванням знайденого довірчого інтервалута зробити висновок. Контрольні запитання
- •Лабораторна робота мех 2 вивченя основного закону динаміки поступального руху
- •Основні теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання 2. Дослідити залежність прискорення від маси системипри сталій рівнодійній силі,
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота мех 3 експеримент альне вивчення закону збереження імпульсу
- •3.1. Основні теоретичні відомості
- •3.3. Порядок виконання роботи
- •3.4. Контрольні запитання
- •Лабораторна робота мех 4 вимірювання швидкості руху кулі за допомогою балістичного маятника
- •Основні теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання
- •§ 7–12, Ст.. 44–51, 2006 р.
- •5.3. Порядок виконання роботи
- •Завдання іі. Дослідження залежності між моментом інерції і і кутовим прискоренням тіла
- •Таблиця 5.2
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота Мех. 7 визначення моменту інерції кільця за допомогою маятника максвелла
- •Основні теоретичні відомості
- •Опис лабораторної установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота мех 8 експериментадьне дослідження процесів взаємоперетворення різних видів механічної енергії за допомогою маятника максвелла.
- •Опис лабораторної установи
- •Порядок виконання роботи.
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота мех 9 дослідна перевірка теореми штейнера
- •Основні теоретичні відомості
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Лабораторна робота мех 6 визначення моменту інерції тіл методом гармонічних коливань
- •Основні теоретичні відомості
- •Використання крутильних коливань для визначення моменту інерції
- •Хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •§ 11, 12, Ст. 38–43, § 18, ст. 48–54 ;
- •Експериментальне визначення модуля кручення циліндричного стрижня (дротини).
- •Хід виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •§ 11– 12, Ст. 38–43, § 18, ст. 48–54 ;
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •§ 13, 14, 18, 20 ;
- •Завдання 1.
- •Порядок виконання роботи
- •Завдання 2.
- •Опис приладу
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •§ 13, 14, 16 ;
- •§ 63, 64, 66.
- •Література
Основні теоретичні відомості
Мірою інертності тіла при обертальному русу є момент інерції . Момент інерції тіла при обертальному русі відіграє таку ж роль, як маса при поступальному русі.
Моментом інерції матеріальної точки масою m відносно деякої осі ОО' (рис. 1) називається добуток маси точки на квадрат відстані від точки до цієї осі:
. (6.1)
Будь яке фізичне тіло можна розглядати як сукупність матеріальних точок і визначати момент інерції тіла відносно заданої осі як суму моментів інерції всіх його точок
. (6.2)
де – загальне число матеріальних точок (атомів), з якого складається дане тіло. Для практичних обчислень моментів інерції потрібно від суми перейти до інтеграла:
. (6.3)
В загальному випадку, коли тіло має складну форму і густина тіла не є сталою по всьому об’єму тіла, інтеграл (3) береться досить складно. Але, якщо тіло однорідне, тобто, інтеграл (3) набуває вигляду:
. (6.4)
Момент інерції залежить від маси, розмірів, форми тіла, розташування осі обертання.
Рис. 6.1 До обчислення моменту інерції матеріальної точки
Якщо тіло має правильну форму, а вісь обертання проходить через центр маси тіла і є віссю симетрії тіла, інтеграл (4) береться досить просто.
Зокрема, для суцільних однорідних диска і циліндра момент інерції відносно осі, що збігається з віссю симетрії диска (циліндра), проведеною перпендикулярно до основи, визначається формулою:
, (6.5)
де – маса,– радіус диска (циліндра).
Для однорідної кулі радіуса масою момент інерції відносно осі, що проходить через центр маси:
. (6.6)
Для однорідного тіла кубічної форми відносно осі обертання, що проходить через центр маси і перпендикулярної до будь-якої грані:
. (6.7)
де - довжина ребра куба,- маса тіла.
Для однорідного прямокутного паралепіпеда, довжина ребер якого :
. (6.8)
тут і- довжина ребер перпендикулярних до осі обертання,- маса тіла. Вісь обертання паралельна до осі.
Використання крутильних коливань для визначення моменту інерції
Визначення моменту інерції неоднорідних тіл і тіл неправильної форми за допомогою інтегрування є складною задачею. У таких випадках моменти інерції визначають експериментально, зокрема, використовуючи метод крутильних коливань.
Суть методу крутильних коливань полягає в такому:
Якщо взяти будь-яке тіло, що закріплене на сталевому стрижні (дротині), і повернути його на деякий кут відносно осі стрижня, в ньому, внаслідок пружинної деформації кручення, виникне внутрішній момент сил
, (6.9)
який протидіє закручуючому моменту і протилежний йому за напрямком. Тут - модуль кручення стрижня. Якщо тіло відпустити, то під дією цього внутрішнього моменту сил тіло почне здійснювати крутильні коливання для яких є справедливим закон динаміки обертального руху
,
де – кутове прискорення,.
В нашому випадку диференціальне рівняння крутильних коливань матиме вигляд:
або
, . (6.10)
Розв’язком рівняння (6.10) є функція
, (6.11)
де - циклічна частота крутильних коливань.
Період крутильних коливань
. (6.12)
Із формули (6.12) видно, що, при відомому модулі кручення стрижня та виміряному експериментально періоді коливань, можна обчислити момент інерції тіла.
Для вимірювання момента інерції тіл використаємо крутильний маятник FРМ-05 з відомим значенням модуля кручення . Маятник складається з механічної частини (закріпленої на дротинах рамки), яка може здійснювати коливання, електромагніту, фотоелектричного датчика, універсального мілісекундоміра, який вимірює кількість коливаньі час коливань.
Конструкція рамки дозволяє закріплювати в ній досліджувані тіла. Період коливань рамки з тілом, враховуючи (6.12)
, (6.13)
де – момент інерції рамки;– момент інерції досліджуваного тіла, яке досліджується.
Момент інерції рамки маятника невідомий, тому не можна безпосередньо скористатись формулою (6.13) для обчислення моменту інерціїдосліджу- вального тіла.
Задача розв’язується, якщо спочатку визначити період коливань самої рамки маятника
, (6.14)
а потім визначити період коливань рамки із зафіксованим в ній тілом:
(6.15)
Із рівнянь (6.14) і (6.15) знаходимо або, звідси одержимо формулу для обчислення моменту інерції тіл:
(6.16)