Задача 1. Изучение кинематики вращательного движения

Приборы и принадлежности: блок разгона - торможения горизонтального диска (рис.1) и секундомер.

Описание блока разгона – торможения

Рис. 1

Массивный диск 1 приводится во вращение с помощью электродвигателя.

В диске имеются четыре отверстия 2, расположенные на одинаковом расстоянии от центра равномерно по окружности. Эти отверстия используются для регистрации угла поворота диска совместно с осветителем 3, фотоприемником 4 и счетчиком импульсов 5. Импульс фототока возникает при прохождении пучка света через отверстие. Счетчик регистрирует число импульсов.

Счетчик импульсов включается при нажатии кнопки 6 «Измерение» и продолжает работать, пока кнопка удерживается в «утопленном» состоянии.

Одновременно со счетчиком импульсов автоматически запускается секундомер 7, который также работает пока кнопка «Измерение» удерживается в «утопленном» состоянии.

При отпускании кнопки «Измерение» секундомер и счетчик импульсов останавливаются.

Разгон диска из состояния покоя начинается при нажатии клавиши 8 «Разгон». При этом на клавише зажигается индикаторная лампа. Тумблер 9 «Отсчет» позволяет выбирать два режима. Когда он находится в верхнем состоянии, вращение электродвигателя вызывает вращение диска 1. Этот режим используется при разгоне дика и при равномерном его вращении. Когда тумблер 9 находится в нижнем положении, вал электродвигателя и диск не связаны, и диск тормозится (при нажатии кнопки «Измерение»). Индикация  на клавише «Разгон» при этом гаснет.

На стадии равномерного вращения измерение угловой скорости  основано на измерении угла , на который поворачивается тело за время t – в соответствии с формулой (1).

Если за время t счетчик фиксирует N импульсов, то угол поворота равен:

φ = 2πN /4 = . (16)

Если известно время измерения t и число импульсов N, зафиксированных счетчиком за это время, то из (1) и (16) следует формула для расчета угловой скорости вращения диска:

ω = (π/2) ·(N/t). (17)

Методики измерения углового ускорения на стадии разгона

В работе измеряется угловое ускорение в случае разгона диска и в случае торможения. Для случая разгона формула для углового ускорения следует из (4) при условии ω₀ = 0:

. (18)

Здесь t₁ – время, прошедшее с начала разгона до момента остановки счетчика импульсов.

При подстановке соотношения (16) в (18) получается формула для расчёта углового ускорения по измеренным значениям N₁ и t₁:

. (19)