Задание 1. Определение зависимости ускорения от момента вращающей силы
1) Перед проведением экспериментов установите цилиндры на некотором расстоянии R от оси маятника так, чтобы маятник находился в безразличном равновесии. На шкив намотайте нить в один слой и установите высоту h падения платформы с перегрузком. Рекомендуемая высота 80 – 100 см.
2) Определите момент силы трения по формуле (10), где 
– максимальная масса платформы и грузов при которой система еще не вращается.
3) Нить намотайте на выбранный шкив (радиус которого измерьте штангенциркулем), чтобы платформа находилась на высоте h над уровнем пола.
4) На платформу установите перегрузок массой m, придерживая платформу на определенной высоте, принятой за начало отсчета h. Определите время падения груза t. Опыт повторите 3 раза, и результаты экспериментов внесите таблицу 1.
Таблица №1
| № п/п |
| Мтр | m | r | R | h | время падения | 
| Мвр | 
| |||
| t1 | t2 | t3 | tср | ||||||||||
5) По формулам (10), (9), (6), (4) рассчитайте момент силы трения, момент вращающей силы, угловое ускорение и момент инерции.
6) Увеличьте дважды момент вращающей силы (массу перегрузков) и повторите опыты 1 – 4 для каждого из перегрузков.
7) Постройте график зависимости 
. По графику определите усредненное значение момента инерции системы J и момент сил трения – Мтр. Оцените погрешности в определении этих величин.
Задание 2. Определение зависимости ускорения от момента инерции системы
1) Установите цилиндры на одном конце стержня, добейтесь состояния безразличного равновесия.
|
|
2) Определите момент силы трения.
3) В качестве перегрузка (Мвр=const) выберите один из перегрузков, используемых в задании 1.
4) Определите время падения перегрузков с платформой; нить наматывается на тот же шкив.
5) Повторите опыты 1 – 4 для случая, при котором цилиндры установлены на другом конце стержней. Заполните таблицу 2. Снимите все цилиндры и определите Jo – момент инерции системы. Результат запишите в четвертой строке таблицы 2.
Таблица №2
| № п/п | mтр | Мтр | m | r | R | h | время падения | 
| J | Мвр | ||||
| t1 | t2 | t3 | tср | |||||||||||
6) Момент инерции системы определите по формуле (8) и постройте график зависимости 
. По графику определите Jo и сравните с экспериментальными данными, полученные в отсутствии цилиндров. Рассчитайте момент вращающей силы по формуле 
и оцените погрешности эксперимента.
7) Постройте график зависимости момента инерции от квадрата расстояния цилиндров до оси вращения и по графику определите Jo – момент инерции системы без грузов.
8) Сравните значения Jo, полученные по графикам (пункты 6,7) с экспериментом и оцените погрешности.
Контрольные вопросы
1. Выведите формулы (4) и (5). Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения.
|
|
2. Выведите формулу (7), по которой определяется момент инерции системы.
3. Запишите формулы момента инерции, момента вращающей силы, момента импульса и объясните их физический смысл.
4. Изменяется ли Мтр в зависимости от момента инерции и момента вращающей силы? Как и почему?
5. После установки цилиндров на осях маятника добиваются состояния безразличного равновесия. Если после этого заставить слабым толчком вращаться, то, что при этом произойдет спустя некоторый промежуток времени? И какое отношение это имеет к балансировке маятника?
6. Какова роль толщины, массы, упругости нити в опыте?
7. Расскажите о силах, приводящих к вращательному движению маятника.