Описание установки

Фотография экспериментальной установки приведена на рис.6.

1

2

3

4

5

6

7

8

10

9

11

12

13

14

Рис.6 Внешний вид экспериментальной установки

Установка содержит штатив с основанием 1 в виде треноги. Положение исследуемого тела в горизонтальной плоскости можно регулировать с помощью винтов 2. На основании 1 установлен держатель 3 спиральной пружины 4. Вал 5, к которому прикреплен один конец спиральной пружины, укреплен в держателе 3 с помощью подшипников ( на фотографии не видны). Другой конец пружины 4 жестко связан с держателем 3 и основанием 1. В верхней части вала 5 имеется приспособление 6 для крепления исследуемого тела 7. На рис.6 это тело - стержень с грузами 8 , которые могут быть установлены на различных расстояниях от оси вращения.

В состав установки также входит регистратор движения 9, электронный блок управления 10 (Cobra3 ) , набор тел различной формы и компьютер 11. Движение вала 5 передается шкиву 12 регистратора движения 9 с помощью нити 13. Один конец нити намотан на вал 5., а к другому прикреплен небольшой (2-4 г) груз 14. Натяжение нити необходимо, чтобы отсутствовало ее проскальзывание относительно шкива 12 в процессе крутильных колебаний. С целью исключения возможного проскальзывания рекомендуется также делать один дополнительный оборот нити вокруг шкива 12.

При движении нити угол поворота шкива регистратора движения преобразуется в электрическое напряжение и через электронный блок 10 передается в компьютер. Программа автоматически рассчитывает угол поворота φисследуемого тела, если задать диаметры вала 5 и шкива 12 регистратора движения.

Программное обеспечение позволяет вывести на экран монитора график слабо затухающих крутильных колебаний и с высокой точностью измерить период этих колебаний. Предусмотрены различные способы обработки экспериментальной информации. Детально эти возможности программы рассмотрены в Приложениях.

Экспериментальная часть.

Упражнение 1. Измерение моментов инерции тел различной формы.

1. Выберите тела в соответствии с индивидуальным заданием.

2. Измерьте необходимые для расчета момента инерции геометрические размеры тел.

3. Воспользовавшись формулами , рассчитайте теоретические значения моментов инерциии погрешности этих величин. При расчете погрешностей считайте, что погрешность массы.

4. Закрепите тело №1 на штативе.

5. Измерьте период крутильных колебаний T по методике, изложенной в Приложении 1.

6. Определите экспериментальное значение момента инерции , воспользовавшись формулой (14). При расчете считайте, что для данной установки модуль кручения спиральной пружины.

7. Рассчитайте погрешность момента инерции . Погрешность измерения времени с помощью используемого оборудования составляет.

8. Повторите пункты упражнения 2 для тела №2.

9. Сделайте вывод по результатам упражнения 1.

Упражнение 2. Экспериментальная проверка теоремы Штейнера.

1. Закрепите на штативе металлический диск с отверстиями вдоль диаметра. Центр диска должен совпадать с осью вала 5.

2. Согласно методике, изложенной в Приложении 1, измерьте величину момента инерции относительно оси, проходящей через центр масс диска, и определите погрешность.

3. Закрепите диск на штативе так, чтобы с осью вала 5 совпадало соседнее с центром диска отверстие. Измерьте значение I. Определите погрешность этой величины.

4. Смещая центр диска относительно оси вращения на расстояние а, измерьте величины моментов инерцииI для каждого варианта крепления диска. Рассчитайте погрешности моментов инерции.

5. Постройте график зависимости на миллиметровой бумаге или воспользуйтесь Приложением 2. На этот график нанесите также зависимость, рассчитанную при выполнении п. 3 раздела «Подготовка к работе»

6. Определите значение углового коэффициента графика и сравните его с массой диска. В пределах погрешности должно выполняться соотношение, где- масса металлического диска.

7. Сделайте вывод по результатам упражнения 3.