ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Форма звіту до лабораторної роботи 101.

Порядок виконання роботи

1. Виміряти п’ять разів геометричні розміри тіла штангенциркулем і мікрометром.

2. За допомогою терезів визначити масу тіла.

3. Обчислити густину тіла за формулами (4), (5), підставляючи в них середні значення відповідних величин. Результати вимірювань та обчислень записати в таблицю.

4. Оцінити похибки виконаних прямих вимірювань та обчислень (окремо для вимірювань штангенциркулем і мікрометром). Результати записати в таблицю.

5. Порівняти отримані результати та зробити висновки.

 

Контрольні запитання

1. Що означає виміряти фізичну величину?

2. Які вимірювання називають прямими, непрямими? Як обчислюють похибки таких вимірювань?

3. Що називають абсолютною та відносною похибкою вимірювання фізичної величини?

4. Як визначити відносну похибку обчислення об’єму циліндра, якщо його лінійні розміри виміряні лише один раз?

5. Які види похибок ви знаєте? З яких похибок складається повна похибка вимірювання?

6. Що таке довірчий інтервал? Від чого він залежить?

7. Як обчислюють випадкову похибку, похибку приладу та заокруглення?

8. Що таке густина тіла, питома вага? Який зв’язок між ними?


Порядок виконання роботи.

1. Виміряйте відстань h за шкалою, радіуси шківів і штангенциркулем. Визначте маси тягарців , та за допомогою технічної ваги.

2. Закріпіть чотири додаткові тягарці на відстані від осі обертання. При цьому маятник повинен бути у байдужій рівновазі.

3. Виміряйте час опускання на відстань h тягарця масою , підвішеного до нитки, намотаної на шків радіусом . Вимірювання повторіть п’ять разів.

4. Виміряйте час опускання на відстань h тягарця масою , підвішеного до нитки, намотаної на шків радіусом .Вимірювання повторіть п’ять разів.

5. Результати запишіть у таблицю і за їхніми значеннями перевірте рівність (формула (10).

6. Перемістіть по стержнях тягарці ближче до осі обертання і закріпіть їх на відстані . Виміряйте час опускання на відстань h тягарця масою , підвішеного до нитки, намотаної на шків радіусом , або тягарця , підвішеного до нитки , намотаної на шків радіусом . Вимірювання повторіть п’ять разів.

7. Результати запишіть у таблицю. Перевірте рівність . При цьому слід пам’ятати : якщо під час вимірювань, описаних у попередньому пункті, використано масу і радіус , то у виразі (18) - час, отриманий під час виконання пункту 3, а якщо використано масу і радіус , то у вираз (18) треба підставити значення часу, отриманого під час виконання пункту 4.

8. Оцініть точність експерименту, зробіть відповідні висновки.

 

Контрольні запитання

1. Що називають моментом інерції матеріальної точки; системи матеріальних точок; твердого тіла?

2. Сформулюйте і запишіть основний закон обертального руху.

3. Запишіть другий закон Ньютона для випадку опускання тягаря.

4. Сформулюйте теорему Штейнера.

5. З яких доданків складається формула для моменту інерції маятника Обербека з тягарцями на стержні?

6. Як визначити напрям вектора моменту сили?

7. Як можна змінити момент сили, що діє на маятник Обербека?

8. Як можна змінити момент інерції маятника Обербека?

9. Запишіть формулу для виразу моменту сили, під дією якої обертається маятник.

10. Що називають кутовим прискоренням і як воно пов’язане з тангенціальним прискоренням?

 

Ідея роботи та виведення робочої формули.

Відомо, що період коливань фізичного маятника описує формула

 

, (1)

 

де І– момент інерції маятника, m – маса маятника; g– прискорення вільного падіння; d – відстань від центра мас маятника до осі підвісу.

З наведеної формули для моменту інерції одержимо

 

. (2)

 

Вірогідно, що в разі зміни кута розхилу між ланками змінюватиметься положення центра мас системи, тобто відстань d,що відповідно зумовить зміну моменту інерції системи І. Саме цю залежність моменту інерції дволанкової системи від кута між ланками і потрібно дослідити.

 

Порядок виконання роботи

1. Визначити масу першої m1i другої m2 ланки (з гвинтом і гайкою).

2. З’єднати ланки (точку з’єднання задає викладач) так, щоб кут між ними дорівнював 0°, і визначити положення центра мас системи. Для цього жорстко з’єднану систему потрібно зрівноважити на ребрі тригранної призми. Визначити лінійкою відстань від положення центра мас до точки підвісу.

3. Підвісити систему на горизонтальну вісь так, щоб вісь пройшла через точку підвісу 1 і надати системі коливального руху. Секундоміром визначити час tдля n повних коливань системи та визначити період коливань Т=t/n. Результати експерименту записати в таблицю.

4. Досліди пунктів 2 і 3 повторити для кута 180° між ланками.

5. Для визначення відстані d за кутів 135° , 90° i 45° необхідно виконати геометричну побудову (див. рис. 2) на підставі таких вимірювань: а) методом, описаним у пункті 2, визначити положення центра мас ланок АВ i СД (точки А1 і В1) б) виміряти відстань А1О=d1 від центра мас першої ланки АВ до точки підвісу 0;

в) виміряти відстань В1О1=d2 від центра мас другої ланки (разом з гвинтом і гайкою) до точки з’єднання ланок; г) на міліметровому папері виконати побудову згідно з рис. 2, де у довільно вибраному масштабі відкладені: АВ – довжина першої ланки, СД – довжина другої ланки розташованої під відповідним кутом a; точка О – точка підвісу, точка О1 – точка з’єднання ланок, точка А1 - положення центра мас першої ланки, точка В1 – положення центра мас другої ланки. Центр мас дволанкової системи (точка О2), вірогідно, лежить на лінії, яка з’єднує центри мас обох ланок (лінія А1 В1) і ділить відстань між ними на частини, які обернено пропорційні до мас ланок. Положення точки О2 визначають так: із точки А1 проводять у довільному масштабі та в довільному напрямі відрізок А1А2, пропорційний масі m2 ланки СД, а з точки В1 у протилежному напрямі в тому самому масштабі – відрізок В1 В2, пропорційний масі m1 ланки АВ. Точка О2 перетину прямих А1В1 i А2В2 i буде центром мас дволанкової системи.

6. Повторити дослід згідно з п. 2. для кутів, зазначених у п. 4.

7. Обчисліть момент інерції дволанкової системи для усіх значень кута та оцініть точність отриманих результатів.

 

Контрольні запитання

1. Що називають центром мас системи, яка складається з двох матеріальних точок; n матеріальних точок?

2. Запишіть формулу, за якою визначають радіус-вектор центра мас системи матеріальних точок.

3. Що називають моментом інерції матеріальної точки; твердого тіла?

4. Який тип руху виконує центр мас замкненої механічної системи?

5. Обчислити момент інерції однорідного стрижня відносно осі, що проходить:

а) через один із його кінців;

б) через центр мас.

6. Що називають фізичним маятником?

7. Що називають моментом сили?

8. Як спрямований вектор моменту сили?

9. Запишіть рівняння моментів для випадку обертання тіла навколо нерухомо закріпленої осі.

 

Порядок виконання роботи.

1. Закріпіть тягарці 2 біля колонки. Обертаючи хрестовину, намотайте нитку на колонку так, щоб тягарець 6 піднявся на задану висоту .

2. Одночасно зі звільненням хрестовини увімкніть секундомір і вимкніть його, коли тягарець 6 опуститься на всю довжину нитки. Це буде . Спостерігаючи за тягарцем, який піднімається, відмітьте максимальну висоту його підняття .

3. Аналогічно виміряйте величини та . Перед вимірюванням звільніть тягарці 2 і розсуньте їх до упорів.

4. Щоб виміряти висоту , на яку підніметься тягарець при змінному моменті інерції хрестовини, слід наблизити тягарці 2 до колонки та підняти колонку так, щоб штифт, до якого кріпиться нитка, зайшов в отвір на колонці. У такому положенні штифта намотайте нитку на колонку доки тягарець 6 не підніметься на висоту . Відпустіть хрестовину. Коли нитка повністю розмотається, вона витягне штифт, звільнивши колонку, яка опуститься під дією сили ваги і відпустить тягарці 2. Під дією відцентрової сили тягарці швидко розлетяться до упорів. Кутова швидкість хрестовини при цьому різко зменшиться. Коли обертання хрестовини припиниться, відмітьте висоту , на яку піднявся тягарець 6.

5. Усі вимірювання виконайте п’ять разів. Результати вимірювань запишіть у таблицю та на їхній основі перевірте справедливість закону збереження моменту імпульсу. Оцініть точність експерименту. Зробіть відповідні висновки.

Контрольні запитання.

1. Що називають моментом імпульсу? Яка формула його описує у випадку обертання навколо нерухомо закріпленої осі?

2. Сформулюйте та виведіть закон збереження моменту імпульсу.

3. Сформулюйте закон збереження моменту імпульсу у випадку обертання тіла навколо нерухомо закріпленої осі.

4. Сформулюйте закон збереження енергії.

5. Сформулюйте та виведіть закон збереження механічної енергії.

6. Запишіть і сформулюйте закон збереження енергії для випадку, описаного у цій роботі.

7. Запишіть формулу кінетичної енергії для поступального та обертального рухів.

8. Що називається моментом інерції?

9. Намалюйте та поясніть графік залежності кутової швидкості хрестовини від часу під час її руху зі змінним моментом інерції.

10. Запишіть рівняння поступального руху тягарця, який обертає хрестовину.

Порядок виконання роботи

1. Встановити сочевиці i призми згідно з варіантом, який задає викладач.

2. Виміряти час десяти повних коливань маятника в прямому й оберненому положеннях та обчислити відповідні періоди коливань Т1 і Т2. Виконати аналогічні вимірювання для всіх положень верхньої призми, які вказані у варіанті. Щоб уникнути промахів, кожне вимірювання повторити п’ять разів.

3. Обчислити середні значення періодів для прямого Т1 та оберненого Т2 положень маятника і побудувати графіки залежності цих періодів від положення верхньої призми h.

4. Координата точки перетину графіків по осі абсцис дає відстань h0, на яку потрібно встановити верхню призму i знову виконати по п’ять разів вимірювання періодів Т1 i Т2.

5. Якщо періоди коливань маятника в прямому та оберненому положенні збігаються з точністю 0,01 с, то потрібно зняти маятник із підвісу, покласти його на тригранну металеву призму і, знайшовши положення центра мас, виміряти відстані d1 і d2.

6. Обчислити значення g за робочою формулою (9) і оцінити точність отриманого результату.

 

Контрольні запитання

1. Що називають прискоренням вільного падіння?

2. Від чого, чому i як залежить прискорення вільного падіння?

3. Що називають математичним маятником?

4. Що називають фізичним маятником?

5. Запишіть рівняння руху фізичного маятника та виведіть формулу для періоду його коливань.

6. Що називають зведеною довжиною фізичного маятника?

7. Які коливання називають гармонічними?

8. За яких умов фізичний маятник буде оборотним?

 

Порядок виконання роботи

1. Визначте на технічній вазі маси фізичного маятника і допоміжного тіла , вказаного викладачем.

2. Виміряйте штангенциркулем відстань від ребра призми до центра мас (отвору) маятника .

3. Виміряйте штангенциркулем геометричні розміри допоміжного тіла.

4. Вставте ребро призми маятника в жолобки вилки кронштейна, надайте маятнику коливального руху. Визначте час десяти повних коливань.

5. Закріпіть маятник до пружного підвісу, надайте йому крутильних коливань, виміряйте час десяти повних коливань.

6. Зніміть маятник, закріпіть на його місце допоміжне тіло і виміряйте час десяти повних коливань.

7. Усі вимірювання часу ( ) повторіть п’ять разів. Результати вимірювань запишіть у таблицю. Обчисліть періоди та моменти інерції . Оцініть точність експерименту.

8. Перевірте теорему Гюйгенса-Штейнера. Зробіть відповідні висновки.

Контрольні запитання

1. Що називають моментом інерції матеріальної точки; системи матеріальних точок; твердого тіла?

2. Що називають фізичним маятником?

3. Запишіть рівняння динаміки коливань фізичного маятника та крутильних коливань.

4. Виведіть формули для періодів коливань фізичного та крутильного маятників.

5. Запишіть закон Гука для деформації кручення. Що називають модулем кручення?

6. Запишіть формулу основного закону динаміки обертального руху.

7. Сформулюйте теорему Гюйгенса-Штейнера.

8. Виведіть формули для моментів інерції диска та однорідного стержня відносно їхніх осей симетрії.

Опис установки.

Установка складається з двох взаємозв’язаних маятників: великого 6 і малого 1 (див. рисунок). Великий маятник складається зі штанги, по якій можна пересувати і закріплювати гайкою 7 масивну сочевицю 8. Маятник 6 спирається ребром металевої призми 3 на кронштейн 4. Ребро призми є віссю коливань великого маятника. Щоб запобігти зношуванню ребра призми, маятник аретують поворотом втулки 5 у неробочому положенні, а також під час пересування та закріплення сочевиці 8. Зверху великий маятник закінчується стержнем, по якому пересувають і закріплюють вісь коливання малого маятника 1. Такий маятник – це металева шпиця з легкою кулькою. На шпиці можна закріплювати прапорець 2, поворотом якого змінюють силу опору.

Виведення робочих формул. Вимушені коливання виникають унаслідок зовнішнього періодичного впливу на коливну систему. У випадку коливання фізичного маятника рівняння його руху в інерціальній системі відліку має вигляд

,(1)

де – момент інерції маятника, – кут його зміщення, – кутова швидкість, – кутове прискорення маятника, – коефіцієнт моменту сил пружності, – коефіцієнт моменту сил тертя, – амплітуда моменту зовнішньої сили, – циклічна частота моменту зовнішньої сили.

Загальний розв’язок рівняння (1) можна записати у вигляді:

(2)

де ; – коефіцієнт згасання, – початкова фаза коливання.

Перший член виразу (2) описує власні згасаючі коливання, другий – вимушені незгасаючі. З часом власні коливання з амплітудою і початковою фазою згасають і тривають тільки вимушені коливання

(3)

з амплітудою

(4)

та зсувом фаз

, (5)

де ; . (6)

Амплітуда зростає зі збільшенням циклічної частоти , досягає максимального значення (при резонансі), після чого починає зменшуватися. Кут зсуву фаз збільшується зі зростанням (від 0 до ), маючи під час резонансу значення .

У цій роботі розглядають малі коливання фізичного маятника, точка підвісу якого коливається по горизонталі. У цьому випадку крім звичайних моментів сил треба врахувати моменти сил інерції ( – маса маятника, – відстань від точки підвісу до центра мас маятника, – прискорення руху точки підвісу в інерціальній системі координат).

Нехай точка підвісу рухається за законом

, (7)

де – амплітуда зміщення точки підвісу малого маятника. Момент сили інерції, прикладений до маятника, за абсолютним значенням

. (8)

Тепер рівняння руху маятника матиме вигляд

. (9)

Закони руху маятника приводять після згасання його власних коливань до вимушених коливань

(10)

з амплітудою

(11) та зсувом фаз

. (12)

Порядок виконання роботи

1. Визначте циклічну частоту власних коливань малого маятника, а також час , за який вони повністю згасають. Для цього при нерухомому великому маятнику відхиліть малий маятник на кут 10-12о і виміряйте час п’яти повних коливань . Час вимірюйте до повної зупинки маятника.

2. Визначте коефіцієнт згасання власних коливань малого маятника. Для цього виміряйте час кількості його коливань, протягом яких амплітуда зменшується від до . Коефіцієнт згасання обчисліть за формулою

(13)

3. Дослідіть амплітудну характеристику коливань малого маятника як функцію циклічної частоти коливань великого маятника. Для цього, закріплюючи сочевицю 8 по черзі в кожній із семи вказаних точок та відхиляючи маятник на кут 5о, виміряйте час десяти його повних коливань. Після часу, більшого від , виміряйте амплітуду вимушених коливань малого маятника. Для кожного положення сочевиці вимірювання повторіть тричі, обчисліть середні значення та , побудуйте графік залежності . У разі (резонанс) коливання малого маятника перестають бути лінійними ( ).

4. Дослідіть фазову характеристику коливань маятників. Переконайтеся, виконуючи п.3 , що у випадку, якщо , зміщення малого маятника є практично у фазі зі зміщенням точки підвісу. Зсув фаз у цьому випадку близький до нуля ( ). У випадку великих частот ( ) зміщення малого маятника є у протифазі зі зміщенням точки підвісу, тобто зсув фаз близький до ( ). Отже, границі значень ( ) кута зсуву фаз повністю відповідають формулі

. (14)

 

Знаючи і , обчисліть за наведеною формулою інші значення кута зсуву фаз. Обчислення виконайте для семи частот: резонансної і для трьох частот на висхідній і низхідній вітках амплітудної характеристики. Обчислені значення кута зсуву фаз наведіть у вигляді графічної залежності, відкладаючи по осі абсцис циклічну частоту коливань великого маятника, а по осі ординат – кут зсуву фаз .

Контрольні запитання

1. Які коливання називаються гармонічними?

2. Що таке явище резонансу?

3. Нарисуйте сім’ю резонансних кривих для різних коефіцієнтів згасання.

4. Запишіть диференціальне рівняння вимушених коливань.

5. Від яких величин залежить значення резонансної амплітуди?

6. Дайте визначення неінерціальної системи відліку та сили інерції.

7. Виведіть формулу для періоду коливань фізичного маятника.

8. Напишіть рівняння згасаючих коливань і його розв’язок.

9. Що називають моментом інерції твердого тіла?

10. Сформулюйте і запишіть основний закон обертального руху.

 

 

Опис установки.

Установка для вимірювання абсолю-тного видовження тіл (дротини) під час деформації розтягу складається з шини 1, до якої прикріплені три кронштейни 2. До верхнього кронштейна кріплять один кінець дротини 3; інший її кінець закріплений у штоці, який проходить через напрямну втулку нижнього кронштейна i закінчується платформою 4 для установки тягарів. Середній кронштейн слугує для кріплення індикатора 5, яким вимірюють абсолютне видовження. Щоб забезпечити рівномірне навантаження верхнього кронштейна в процесі виконання роботи, до нього за допомогою двох штанг прикріплюють платформу 6, на якій зберігаються тягарі.

Виведення робочих формул.Пружні властивості матеріалу характеризують такі сталі величини як коефіцієнт Пуассона m, модуль зсуву N та модуль Юнга Е. Пружну деформацію розтягу (стиску) описує закон Гука

, (1)

де s = F/S називають механічним напруженням (сила, віднесена до одиниці площі поперечного перерізу), – відносне видовження; Е – модуль Юнга, (стала, яка залежить від матеріалу та його фізичного стану).

Розглянемо детальніше процес видовження дротини під дією зовнішньої деформівної сили F. Нехай l0 – початкова довжина недеформованої дротини. Якщо до дротини прикласти силу F, то дротина видовжиться на Dl i її довжина стане , де Dl – це абсолютне видовження дротини; відношення називають відносним видовженням. За умови малих деформацій дротини виконується закон Гука (1). Тоді з (1) та наведених вище формул можна отримати такий вираз для модуля Юнга:

. (2)

У цій роботі сила F, яка деформує дротину – це сила ваги тягарців навантаження Р. Тоді, враховуючи, що та F=P=mg, одержимо робочу формулу для обчислення модуля Юнга:

. (3)

Виведемо формулу для обчислення густини енергії пружного розтягу. Для того, щоб деформувати тіло потрібно виконати над ним роботу. Відповідно деформоване тіло саме може виконати роботу, оскільки воно має запас потенціальної енергії. Ця енергія називається пружною. Обчислимо енергію розтягнутої дротини. Прикладемо до дротини силу і будемо повільно збільшувати її від початкового значення до кінцевого . Під час цього відбувається видовження дротини від до . За законом Гука = , де – коефіцієнт пружності, який можна виразити через модуль Юнга . Уся робота в нашому випадку витратиться на приріст пружної енергії

. (4)

Оскільки в кінці розтягу , то . Враховуючи це, отримаємо:

. (5)

Визначимо об’ємну густину пружної енергії, тобто пружну енергію, яка припадає на одиницю об’єму деформованої дротини. Для цього ліву та праву частини виразу (5) розділимо на об’єм дротини :

. (6)

Скориставшись законом Гука у вигляді і формулою (3), отримуємо робочу формулу для об’ємної густини пружної енергії

. (7)

 

Порядок виконання роботи

1. Тричі виміряти мікрометром діаметр закріпленої у кронштейні дротини в декількох місцях.

2. Виміряти довжину дротини за допомогою лінійки або рулетки.

3. Повертанням шкали індикатора видовження дротини встановити його стрілку в нульове положення.

4. Зняти із платформи рівномірного навантаження кронштейна один тягар mi навантажити ним платформу штока деформації дротини. За шкалою індикатора виміряти абсолютне видовження дротини i. Результати експерименту записати в таблицю.

5. Повторити ці вимірювання для навантажень платформи тягарами 2m, 3m, 4m і 5m. Вимірювання повторити п’ять разів для кожного навантаження. Результати експерименту записати в таблицю.

6. Обчислити за робочою формулою (3) модуль Юнга для кожного з п’яти значень навантажень. Результати обчислень усереднити.

7. Побудувати графік залежності абсолютного видовження дротини від величини деформуючої сили =f (mg).

8. За робочою формулою (7) обчислити об’ємну густину пружної енергії для п’яти значень напружень.

9. Побудувати графік залежності об’ємної густини енергії від деформуючої сили .

10. Оцінити точність виконаних вимірювань та обчислень. Зробіть відповідні висновки.

 

Контрольні запитання

1. Сформулюйте та запишіть закон Гука.

2. Що називають механічним напруженням, абсолютним та відносним видовженнями?

3. Який фізичний зміст має модуль Юнга?

4. Що таке межа пружності та міцності?

5. Нарисуйте і поясніть типову діаграму деформації розтягу. Покажіть на діаграмі ділянки, які відповідають пружній та пластичній деформаціям.

6. Що таке плинність деформованого тіла?

7. За яких умов виникає залишкова деформація?

8. Який зв’язок між модулем пружності та коефіцієнтом Пуассона?

9. Як визначити роботу змінної сили?

 

 

Порядок виконання роботи

1. Приєднати установку до електромережі та натиснути на кнопку „Сеть”.

2. Відпустити кнопку „Пуск” і, повертаючи рамку, наблизити її до електромагніту, який зафіксує її в цьому положенні.

3. Натиснувши на кнопку „Сброс”, виставити нулі мілісекундоміра та лічильника кількості коливань.

4. Натиснути на кнопку „Пуск”. У цьому разі електромагніт відпустить рамку, яка почне виконувати крутильні коливання та ввімкне мілісекундомір i лічильник кількості коливань.

5. Стежити за показом лічильника кількості коливань. Якщо на лічильнику з’явиться цифра 9, натиснути кнопку „Стоп”. Через одне коливання закінчиться вимірювання. На лічильнику кількості коливань з’явиться цифра 10 , а на мілiсекундомірі час t , за який рамка виконала ці коливання.

6. Операції, описані в пунктах 2-5, повторити п’ять разів. Результати вимірювань записати в таблицю.

7. Закріпити в рамці циліндр i виконати п’ять вимірювань часу десяти коливань рамки з циліндром t1; (згідно з пунктами 2 – 6).

8. Обчислити середні значення періодів Т i Т1.

9. Штангенциркулем виміряти довжину верхньої L1 i нижньої L2 частин підвісу, а мікрометром - його діаметр D.

10. За допомогою технічних терезів визначити масу циліндра m, а штангенциркулем виміряти його діаметр d.

11. За усередненими значеннями виміряних величин обчислити за формулою (6) середнє значення модуля зсуву матеріалу дротини підвісу.

12. Оцінити точність виконаних вимірювань та обчислень.

Контрольні запитання

1. З якою метою у цій роботі використовують допоміжне тіло з відомим моментом інерції?

2. Як зміниться період коливань крутильного маятника в разі збільшення (зменшення) його моменту інерції?

3. Запишіть закон збереження енергії для маятника, що виконує крутильні коливання.

4. Як залежить період коливань крутильного маятника від довжини дротин підвісу?

5. Назвіть види деформацій.

6. Що називають відносним зсувом?

7. Яку величину називають модулем зсуву?

8. Запишіть вираз закону Гука для деформації зсуву та кручення.

9. Який зв’язок є між модулем кручення та зсуву?

10. Що називають моментом сили та моментом інерції?

11. Що називають крутильними коливаннями, від чого залежить їхній період?

12. Сформулюйте основний закон обертального руху та запишіть його математичний вираз.

Порядок виконання роботи

1. Виміряти лінійкою довжину стрижня.

2. Виміряти мікрометром діаметр стрижня в декількох місцях i обчислити його середній радіус.

3. Закріпити додаткові вантажі на відстані r1 від осі хрестовини і виміряти час t1 десяти повних крутильних коливань маятника. Дослід провести п’ять разів. За усередненим значенням t1 обчислити період коливань T1=t1/10.

4. Закріпити додаткові вантажі на відстані r2, виконати аналогічні вимірювання і визначити T2. Результати вимірювань записати в таблицю.

5. Обчислити за формулою (16) модуль зсуву.

6. Оцінити точність виконаних вимірювань та обчислень.

 

 

Контрольні запитання

1. Назвіть види деформацій.

2. Що називають відносним зсувом?

3. Яку величину називають модулем зсуву?

4. Запишіть вираз закону Гука для деформації зсуву та кручення.

5. Який зв’язок є між модулем кручення та зсуву?

6. Що називають моментом сили та моментом інерції?

7. Що називають крутильними коливаннями, від чого залежить їхній період?

8. Сформулюйте основний закон обертального руху та запишіть його математичний вираз.

Порядок виконання роботи

1. Визначте момент інерції не навантаженої платформи . Для цього потягніть та відпустіть шнур. Виміряйте секундоміром час повних коливань ( =20) і визначте .

2. Знаючи (сталі параметри платформи) та , обчисліть за формулою (5) момент інерції .

3. Покладіть на платформу досліджуване тіло масою так, щоб вісь крутильних коливань трифілярного підвісу проходила через його центр мас. Виконайте вимірювання, аналогічні до описаних у пункті 1, визначте період та обчисліть за формулою (6) момент інерції системи “платформа + тіло”

.

Оскільки момент інерції системи – величина адитивна , то = і момент інерції досліджуваного тіла відносно осі, яка проходить через його центр мас,

= .

4. Покладіть на платформу два таких тіла симетрично до осі крутильних коливань на відстані від неї. Виконайте вимірювання, аналогічні до описаних у пункті 1, визначте період та обчисліть новий момент інерції системи

.

Позначивши момент інерції одного з тягарців відносно осі крутильних коливань платформи через , отримаємо

= .

5. Порівняйте експериментально отримане значення моменту інерції з його значенням , обчисленим за теоремою Гюйгненса - Штейнера :

= .

6. Вимірювання часу 20 повних коливань виконайте п’ять разів.

Результати запишіть у таблицю. Оцініть точність експерименту. Зробіть відповідні висновки.

Контрольні запитання

1. Що називають моментом інерції твердого тіла?

2. Які коливання називають гармонічними?

3. Запишіть вираз для зміщення під

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти