Описание экспериментальной установки и порядок

Выполнения работы

1. Надеть одно из колец 3 на диск маятника.

2. Установить нижний кронштейн с фотодатчиком 5 в крайнее нижнее положение шкалы так, чтобы верхняя плоскость кронштейна совпала с одной из рисок шкалы.*

3. Произвести регулировку положения основания установки при помощи регулировочных опор так, чтобы диск на бифилярном подвесе находился в центре окна фотодатчика.

4. Установить необходимую длину бифилярного подвеса таким образом, чтобы нижний край диска маятника находился на 4…5 мм ниже оптической оси фотодатчика, при этом ось датчика должна занять горизонтальное

Рис. 4.2. Общий вид установки с маятником Максвелла

положение. По шкале стойки определить ход маятника h.

5. Подключить фотодатчик 5 и электромагнит 6 к электронному блоку 7. Нажать кнопку «Сеть». При этом должно включиться табло индикации.

6. Аккуратно вращая маятник, зафиксировать его в верхнем положении при помощи электромагнита 6, при этом необходимо следить за тем, чтобы нить наматывалась на ось виток к витку. В зафиксированном положении нити подвеса должны быть прослаблены.

7. Нажать на кнопку «Сброс», чтобы убедиться, что на индикаторах устанавливаются нули.

8. Нажать на кнопку «Пуск» блока 7. Происходит растормаживание электромагнита, маятник начинает опускаться, и таймер блока начинает отсчет времени. При пересечении маятником оптической оси фотодатчика отсчет времени прекратится. Записать показания таймера, то есть время движения t.

9. Для повышения точности измерения

п. 6 – 8 повторить 5 ÷ 6 раз.

10. С помощью штангенциркуля измерить радиусы оси маятника, диска и кольца, а также ширину кольца

11. Повторить измерения для других колец.

 

Обработка результатов эксперимента

1. Вычислили среднее значение времени прохождения маятником пути h при N числе измерений.

2. Вычислили по методике расчета погрешности прямых измерений, задавая доверительную вероятность р₀ и коэффициент Стьюдента по таблице П2.1 Приложения 2, при этом , .

3. По формуле (4.9), в которой, вычислили среднее значение момента инерции .

4. По формулам (4.11) – (4.14) вычислили теоретическое значение момента инерции маятника I. Сравнили два полученных значения момента инерции.

5. По формулам (4.15) рассчитали линейную и угловую скорости маятника в нижней точке движения.

6. По формуле (4.14) нашли кинетическую энергию маятника в этот момент, сравнили ее с начальной потенциальной энергией .

 

Расчёт погрешностей

1. По формуле

(4.16)

вычислить случайную погрешность измерения величины .

2. По формуле

(4.17)

вычислить приборную погрешность измерения величины .

3. Суммарную погрешность величины I рассчитать по формуле:

(4.18)

4. Результат представить в виде: .

 

Ход работы:

1. Выполнив эксперимент и сделав необходимые измерения для трёх колец, рассчитаем , , , I, , , и занесем результаты в таблицы:

 

Кольцо №1 (m= кг, R= м)

N	t, c	, c	h, м	Dt, c		I	V, м/с	w, рад/с	, Дж	, Дж
	2,370	2,324	0,23	0,07728	0,0791	0,000485	0,197	4,0685	0,66028	0,66042
	2,249
	2,337
	2,392
	2,272

 

=0.00433 кг/м²

 

 

Кольцо №2 (m= кг, R= м)

N	t, c	, c	h, м	Dt, c		I	V, м/с	w, рад/с	, Дж	, Дж
	2,249	2,3318	0,23	0,10212	0,1053	0,0006367	0,20585	4,05	0,87172	0,8646
	2,444
	2,390
	2,290
	2,286

 

=0.007537 кг/м²

 

Кольцо №3 (m= кг, R= м)

N	t, c	, c	h, м	Dt, c		I	V, м/с	w, рад/с	, Дж	, Дж
	2,393	2,387	0,23	0,06199	0,1301	0,0082443	0,19271	3,96	1,0285	1,021738
	2,320
	2,358
	2,445
	2,419

 

 

=0.002123 кг/м²

 

 

Вывод: мыизучили сложное движение твердого тела и закон сохранения энергии в таком движении, и определили момент инерции маятника Максвелла для трёх разных колец. В нашем случае момент инерции зависит от массы данного кольца, чем больше масса тем больше момент инерции.