Laboratornye / Механика_PDF / Лабораторна робота 01

Лабораторна робота № 1

ВИЗНАЧЕННЯ МОМЕНТУ ІНЕРЦІЇ МАХОВИКА ТА СИЛИ ТЕРТЯ В ОПОРІ

Мета роботи. 1. Визначити експериментально момент інерції маховика та силу тертя в опорі на основі вимірювання кінематичних та динамічних характеристик поступального руху системи, зв'язку між лінійними та кутовими величинами.

2. Набути навичок користування законом збереження енергії для розв'язування конкретних завдань фізики.

1.1. Теорія методу та опис приладів

Прилад для вимірювання моменту інерції маховика
(рис. 1.1) складається із махового колеса А, насадженого на
вал В, відлікової лінійки. Вал установлений на
шарикопідшипниках С1 і С2 . На нього намотується шнур,
до кінця якого кріпиться вантаж масою т. При опусканні
вантажу маховик приходить в рух. Якщо в результаті руху
до повного розмотування шнура вантаж проходить віддаль
h1, то це означає, що в початковий момент руху система
має запас потенціальної енергії:
	ЕП mgh1 .
Потенціальна енергія витрачається на роботу по
подоланню сили тертя f і збільшення кінетичної енергії						Рис. 1.1
системи:
mgh		mv 2		I 2	fh
1		2		2	1
					,	(1.1)

де fh1 — робота на подолання сили тертя в опорі. Рівняння (1.1) відноситься до моменту часу, коли вантаж знаходиться в нижньому положенні. Силу тертя можна обчислити, виходячи з того, що махове колесо, обертаючись по інерції, піднімає вантаж на висоту h2 < h1. При цьому система буде мати потенціальну енергію:

ЕП mgh2 .

Витрати потенціальної енергії рівні роботі на подолання сили тертя:

mgh1 mgh2 f (h1 h2 ) .

Звідси одержимо вираз для визначення сили тертя в опорі:

f mg	h1			h2
	h h					2 .				(1.2)
		1
Так як вниз рух прискорений, то							v at ; h	at 2	, де	t — час опускання
							2
вантажу. Тоді:
v			2h1
				t	.					(1.3)

Кутова швидкість рівна vr , де r – радіус валу.

	2h1
	rt .	(1.4)

Підставляючи (1.2), (1.3), (1.4) в (1.1) і після нескладних перетворень одержимо робочу формулу для визначення моменту інерції:

	2		2	h
I mr				2
						(1.5)
		gt		h1 (h1 h2 )	1 .

Література

1. Гершензон Е.М., Малов Н.М. Курс общей физики. Механика. —

М: Просвещение, 1987. — С. 37 - 44, 71 - 75, 82 - 88.

2.Архангельский М.М. Курс общей физики. Механика. — М.: Просвещение,

1975. — С. 169 - 175.

3.Фізичний практикум / Під ред. В.П.Дущенка. — К.: Вища школа, 1981. —

Ч.І. — С.86 - 88.

1.2. Практичне виконання роботи

Прилади, обладнання

1. Прилад для вимірювання моменту інерції маховика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

2. Лінійка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт. 3. Секундомір . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт. 4. Терези . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

5. Набір важків . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 компл. 6. Штангенциркуль . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 шт.

Завдання для виконання роботи

1.Визначити силу тертя в опорі, нехтуючи опором повітря.

2.Визначити момент інерції маховика.

Вимірювання та обробка результатів

1.Виміряти параметри установки: радіус вала , масу вантажу . Прикріпити вантаж до кінця шнура.

2.Визначити висоту, на яку опуститься вантаж.

3.Визначити висоту, на яку підніметься вантаж по інерції.

4.Виміряти час опускання вантажу (с).

5.Користуючись формулами (1.2) та (1.5) обчислити силу тертя та момент інерції маховика.

6.Визначити абсолютну та відносну похибки.

7.Результати вимірювань та обчислень занести у звітну таблицю.

8.Зробити висновки.

1.3. Тестові завдання та контрольні запитання для визначення ступеня готовності студента до виконання роботи та її захисту

1.Дати означення сили.

2.Які типи взаємодій існують у природі?

3.До яких типів взаємодій відноситься сила тертя?

4.Чи можна вважати силу тертя консервативною силою?

5.Що називається моментом інерції?

6.Який закон покладено в основу даної роботи? Сформулювати його.

7.Одиниці вимірювання сили, моменту інерції.

8.Написати зв'язок між лінійними та кутовими характеристиками у векторній формі.

9.Вивести робочі формули.

10.Чи може менша сила створити більший момент?

11.Платівка програвача досягає нормальної швидкості 33 об/хв за 0,5 оберту. Визначити кутове прискорення платівки.