Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

Лабораторная работа № 1-3. Маятник Максвелла

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

Лабораторная работа № 1-3

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаЦель работы: познакомиться с основными понятиями кинематики и динамики поступательного и вращательного

движения. Экспериментально определить угловое ускорение и момент инерции маятника.

Приборы и принадлежности: маятник Максвелла, набор металлических накладных колец, втулки.

Описание экспериментальной установки.

Данная установка называется маятником Максвелла. Она служит для определения момента инерции тела. Небольшой диск (маховичок), туго надетый на ось опускается под действием силы тяжести на двух нитях, предварительно намотанных на ось маховичка. Нити во время движения разматываются до полной длины. Раскрутившийся маховичок по инерции продолжает вращательное движение в том же направлении и наматывает нити на ось, вследствие чего он поднимается вверх, замедляя при этом вращение. Дойдя до верхней точки, диск опять опускается вниз и т. д. Маховичок будет совершать колебания вверх — вниз, поэтому данное устройство и называют маятником.

Общий вид маятника Максвелла приведён на рис. 1.

На основании 1 закреплена стойка 2, к которой прикреплены неподвижный верхний кронштейн 3 и подвижный кронштейн 4. На верхнем кронштейне находится электромагнит 5, фотоэлектрический датчик №1 6 и вороток с фиксатором 7 для закрепления и регулировки длины маятника.

Нижний кронштейн 4 с фотодатчиком № 2 8 можно перемещать вдоль стойки и фиксировать в выбранном положении. Маятник 9 — это диск, закрепленный на оси и подвешенный на двух нитях к неподвижному кронштейну. На диск накладываются сменные металлические кольца 10, изменяющие момент инерции системы. Маятник с наложенным кольцом удерживается в верхнем положении электромагнитом. Длина маятника определяется по миллиметровой шкале стойки прибора. Сигналы с фотодатчиков служат для автоматического пуска и остановки миллисекундомера 11.

Содержание
  1. Основные теоретические сведения
  2. Упражнение 1. Определение углового ускорения маятника и его дисперсии
  3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 108

  4. Теоретическое введение
  5. Описание рабочей установки и метода измерений
  6. Параметры маятника:
  7. Ход работы
  8. ОТЧЕТ По лабораторной работе №7 «Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла». Фокин лаб.№7. Отчет по лабораторной работе 7 Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла
  9. «Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла»
  10. (1) Цель работы :
  11. (2) Краткое теоретическое содержание:
  12. А) Явление изучаемое в работе: Момент инерции тела. Поступательное и вращательное движение тела.
  13. Б) Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
  14. В ) Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы):
  15. (3) Основные расчетные формулы:
  16. (4) Формулы погрешности косвенных измерений:
  17. 📸 Видео

Видео:ЛР 1.07 Изучение маятника МаксвеллаСкачать

ЛР 1.07 Изучение маятника Максвелла

Основные теоретические сведения

Основы кинематики поступательного и вращательного движения тела.

Поступательным называется движение, при котором любая прямая, проведённая в теле, остаётся параллельной сама себе при движении тела.

Основными особенностями такого вида движения являются следующие обстоятельства:

при поступательном движении все точки тела движутся совершенно одинаково, то есть имеют одну и ту же скорость, ускорение, траектории движения, совершают одинаковые перемещения и проходят одинаковый путь.

в этом случае при описании движения тела его можно рассматривать как материальную точку.

Для описания поступательного движения тел вводят в рассмотрение следующие понятия:

Для характеристики быстроты перемещения тела в пространстве вводят понятие скорости Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, размерность скорости: Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, метр в секунду.

Физический смысл скорости: она показывает, какое перемещение совершает тело за единицу времени при равномерном движении.

(пример: Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаозначает, что тело за каждую секунду перемещается на 5 м.)

Вектор скорости направлен по касательной к траектории движения материальной точки.

Для характеристики быстроты изменения скорости по величине и направлению вводят понятие ускорения Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, размерность ускорения:Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, метр на секунду в квадрате.

Таким образом, ускорением называется векторная величина, равная первой производной по времени от мгновенной скорости тела.

Физический смысл ускорения: оно показывает, на сколько изменяется скорость тела за единицу времени при равнопеременном движении.

(например: Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаозначает, что скорость тела изменяется на Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаза каждую секунду.)

Направление вектора ускорения Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелласовпадает с направлением вектораУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

При прямолинейном движении тела ускорение сонаправлено с вектором Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллав случае ускоренного движения тела и противоположно направлено при замедленном движении.

При криволинейном движении вектор ускорения Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллав общем случае образует с вектором мгновенной скорости Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелланекоторый угол Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Вращательным называется движение, при котором все точки тела описываю окружности, центры которых лежат на одной и той же прямой, называемой осью вращения тела.

Основной особенностью такого вида движения является следующее обстоятельство:

при вращательном движении все точки абсолютно твёрдого тела движутся с одной и той же угловой скоростью и угловым ускорением и совершают одинаковые угловые перемещения.

Для описания вращательного движения тела вводят в рассмотрение следующие понятия:

Угол поворота Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— это угол, на который поворачивается радиус-вектор любой точки тела при его вращении.

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, радиан.

Элементарное угловое перемещение Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелламожно рассматривать как вектор Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, направление которого определяется по правилу буравчика (правилу правого винта):

если рукоятку буравчика вращать по направлению вращения тела, то поступательное движение буравчика будет совпадать с направлением вектора Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла (см. рис. 3).

Удобство такого введения в следующем:

— модуль вектора однозначно определяет величину элементарного поворота тела Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

— направление вектора через правило буравчика определяет направление вращения тела,

— положение вектора в пространстве определяет

ось вращения тела.

Для характеристики быстроты вращения тела в пространстве вводится понятие угловой скорости Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, размерностьУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, радиан в секунду.

Угловая скорость есть первая производная по времени от угла поворота.

Физический смысл угловой скорости: она показывает, на какой угол поворачивается радиус-вектор любой точки тела за единицу времени при равномерном вращении.

(например: Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаозначает, что за каждую секунду радиус-вектор поворачивается на 2 радиана)

Направление угловой скорости совпадает с направлением вектора Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, то есть она также определяется по правилу буравчика.

Для характеристики быстроты изменения угловой скорости вводится понятие углового ускорения Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, размерностьУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, радиан на секунду в квадрате.

Физический смысл углового ускорения: оно показывает, на сколько изменяется угловая скорость тела за единицу времени при равнопеременном вращении.

(например: Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаозначает, что за каждую секунду угловая скорость тела изменяется на Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.)

Направление вектора углового ускорения Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелласовпадает с направлением вектора Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, то есть оно сонаправлено с вектором Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллапри ускоренном вращении тела и противоположно направлено при замедленном вращении.

Векторы, направление которых связывают с направлением вращения, называются псевдовекторами или аксиальными в отличие от обычных векторов (Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаи т. д.), которые называются полярными.

Основы динамики поступательного и вращательного движения тела.

Для описания взаимодействия одного тела на другое вводят понятие силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Сила – векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело других тел или полей и характеризующая величину и направление этого воздействия.

Под действием силы тело может:

— деформироваться (статическое проявление силы),

— приобретать ускорение (динамическое проявление силы).

Основным уравнением динамики поступательного движения тела является второй закон Ньютона.

Одной из формулировок этого закона является следующая:

В инерциальной системе отсчёта векторная сумма всех сил, действующих на тело, равна произведению массы этого тела на сообщённое ему ускорение.

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

где Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— сила, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, Ньютон, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— масса тела, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, килограмм, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— ускорение тела,Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Масса тела Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаявляется одной из важнейших понятий динамики, характеризующая инертные и гравитационные свойства тела. Масса тела – величина аддитивная (то есть масса тела равна сумме масс всех его частей).

Опыт показывает, что при описании вращательного движения твёрдого тела, кроме величины и направления действующей на тело силы, важной характеристикой является ещё и точка приложения этой силы.

В связи с этим вводят в рассмотрение понятие момента силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаМоментом силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаотносительно неподвижной точки О называется векторная величина, равная векторному произведению радиус-вектора Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, проведённого из точки О в точку приложения силыУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, на саму эту силу:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаили Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, гдеУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, Ньютон. метр.

Вектор момента силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаявляется аксиальным, то есть его направление определяется по правилу векторного произведения (или правилу правого винта):

если винт вращать от первого сомножителя в векторном произведении ко второму по кратчайшему повороту, то поступательное движение винта укажет направление искомого вектора (см. рис. 4)

Следует помнить, что перед применением этого правила необходимо совместить начала перемножаемых векторов.

Можно использовать более простое правило буравчика:

если рукоятку буравчика вращать по направлению действия силыУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, то поступательное движение буравчика будет совпадать с направлением вектора момента силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла(см. рис. 5).

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаНа рис. 4 и 5 вектор Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелланаправлен перпендикулярно плоскости чертежа на нас.

При этом следует помнить, что начало вектора Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелласовпадает с точкой О,

сам вектор перпендикулярен одновременно векторам Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаи Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, а его величину можно определить по формуле:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаили Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

где Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— угол между векторамиУравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаи Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, а величина Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелланазывается плечом силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, метр.

Плечом силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелланазывается кратчайшее расстояние от точки О до линии действия силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла(см. рис. 5).

Величина Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллазависит от выбора точки О.

Моментом силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаотносительно неподвижной оси Z называется скалярная величина, равная проекции на эту ось вектора момента силы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллаотносительно любой точки О, выбранной на этой оси:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Величина Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла не зависит от выбора точки О на этой оси Z .

Наблюдения показывают, что при рассмотрении вращательного движения тела, основной характеристикой инертных свойств тела является не масса этого тела Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, а величина, которая называется моментом инерции тела Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Различают момент инерции тела относительно точки и момент инерции тела относительно оси.

Моментом инерции тела относительно точки О называется величина равная Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

где Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— кратчайшее расстояние от точки О до элементарной массы тела Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Моментом инерции тела относительно оси Z называется величина равная Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

где Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— кратчайшее расстояние от оси Z до элементарной массы тела Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Основной особенностью момента инерции тела является то обстоятельство, что его величина зависит от выбора оси вращения тела и распределение массы тела относительно рассматриваемой оси. То есть в отличие от массы Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, одно и то же тело имеет бесконечное множество моментов инерции Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, в зависимости от выбора оси вращения. В общем случае момент инерции тела относительно произвольной оси можно рассчитать по формуле:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

где Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— это функция зависимости плотности тела от координат, а сам интеграл определяется по всему объёму данного тела.

Однако на практике моменты инерции тел обычно определяют опытным путём, в связи с тем, что математически определить момент инерции тела иногда бывает очень сложно (более подробно о моменте инерции смотрите лабораторную работу 1-4).

Основным уравнением динамики вращательного движения тела является закон аналогичный второму закону

Ньютона, одной из возможных формулировок которого является следующая:

В инерциальной системе отчёта алгебраическая сумма моментов всех внешних сил Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, действующих на тело относительно неподвижной оси Z , равна произведению момента инерции этого тела относительно этой оси Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла, на сообщённое ему угловое ускорение e :

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Уравнения для поступательного и вращательного движения маятника без учёта сил сопротивления воздуха в нашем случае имеют вид:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

где m — полная масса маятника, кг, I — момент инерции маятника, кг. м2, g — ускорение свободного падения, м/с2,

r — радиус оси маятника, м, Т — сила натяжения нити (одной), Н, Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— ускорение поступательного движения центра масс маятника, м/с2, e — угловое ускорение маятника, рад/с2.

Так как уравнение вращательного движения маховичка относительно оси вращения: Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла,

где Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла— результирующий момент действующих на маятник сил относительно оси вращения, то с учетом уравнения (1), момент действующих сил можно определить по формуле:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

Видео:ЛР "Изменение движения маятника Максвелла"Скачать

ЛР "Изменение движения маятника Максвелла"

Упражнение 1. Определение углового ускорения маятника и его дисперсии

1. Установите при помощи подвижного кронштейна высоту падения маятника h , заданную преподавателем. При помощи воротка с фиксатором 7 отрегулируйте длину нитей маятника Максвелла. Следите за тем, чтобы ось маятника была расположена горизонтально.

2. На диск маятника наложите стальное кольцо и запишите его массу . Убедитесь, что край стального кольца находится примерно на 2 мм ниже оптической оси нижнего фотоэлектрического датчика. Если нет, отрегулируйте высоту нижнего кронштейна с фотоэлектрическим датчиком. Замерьте радиус оси маятника Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла.

3. Включите кнопку «СЕТЬ».

4. Нажмите кнопку «СБРОС» чтобы убедиться, что на табло установились нули.

5. Аккуратно вращая диск маятника, намотайте на его ось нить и зафиксируйте его в верхнем положении при помощи электромагнитов. При этом следите за тем, чтобы нити наматывались на ось виток к витку.

6. Нажмите кнопку «ПУСК» на передней панели миллисекундомера, удерживая её в течение одной секунды.

При этом маятник начнёт двигаться вниз, а таймер производить отсчет времени. В момент пересечения маятником оптиче ской оси фотодатчика отсчет времени должен прекратиться.

7. Прочитайте измеренное значение времени падения маятника и занести его в таблицу 1.

8. Нажмите кнопку «СБРОС» и приведите маятник в исходное положение (то есть зафиксируйте его в верхнем положении

при помощи электромагнита).

9. Аналогично проведите ещё четыре замера времени падения маятника с заданной высоты. Результаты занесите в таблицу 1.

h = = Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла= Таблица 1

Видео:Маятник Максвелла.Скачать

Маятник Максвелла.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 108

Цель работы: Определение момента инерции маятника Максвелла.

Приборы и принадлежности: маятник Максвелла FРМ-03, комплект сменных колец.

Видео:Маятник Максвелла на весах.Скачать

Маятник Максвелла на весах.

Теоретическое введение

Момент инерции – аналог массы. Как масса является мерой инертности при поступательном движении, так и момент инерции является мерой инертности при вращательном движении. При вращении тела вокруг различных осей моменты инерции различны. Величина момента инерции относительно какой-нибудь оси определяется пространственным распределением элементарных масс тела – геометрией тела. Аналитическое вычисление величины момента инерции производится путем интегрирования выражения

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

где r — плотность вещества в элементе объема dV, находящегося на расстоянии r от оси вращения.

При сложной форме поверхности тела и неравномерном распределении плотности аналитический подсчет величины момента инерции может быть достаточно сложной задачей.

Экспериментальное же определение момента инерции осуществить легко. В настоящей работе измеряется момент инерции металлических колец с помощью маятника Максвелла.

Маятник Максвелла – небольшой ролик, насаженный туго на ось, опускается под действием силы тяжести на двух нитях, предварительно намотанных на ось диска (рис.1).

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла
Нити во время движения вниз разматываются до полной длины, раскрутившийся диск продолжает вращательное движение и наматывает нити на ось, вследствие чего он поднимается вверх, замедляя при этом свое вращение. Дойдя до верхней точки, диск опять будет опускаться вниз и т.д. Диск будет совершать колебания вверх и вниз, поэтому такое устройство называется маятником.

Уравнение движения маятника Максвелла можно записать, используя основной закон динамики поступательного и вращательного движений. Уравнения движения маятника Максвелла без учета сил трения имеют вид:

Для поступательного движения, исходя из II законы Ньютона

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

А для вращательного движения

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

Связь между тангенциальным ускорением ( Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла) поступательного движения и угловым ускорением ( Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла) вращательного движения имеет вид:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

где m — масса маятника, J — момент инерции маятника,
T — натяжение одной нити, r -радиус оси маятника вместе с намотанной на нее нитью подвески.

Ускорение a может быть найдено через измеренное время движения t и проходимое маятником расстояние h из известного уравнения

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

Из уравнений (1) – (4) может быть получена расчетная формула для момента инерции маятника Максвелла:

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

где D – внешний диаметр оси маятника вместе с намотанной на нее нитью подвески определяется по формуле

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

где D0 – диаметр оси маятника в м; Dn – диаметр нити подвески в м; h – длина маятника, равная высоте, на которую он поднимается в м; m – масса маятника вместе с кольцом в кг.

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

где m0 – масса оси маятника в кг; mр – масса ролика в кг; mк – масса кольца, аксиально положенного на ролик в кг.

Видео:Поступательное и вращательное движения.Скачать

Поступательное и вращательное движения.

Описание рабочей установки и метода измерений

Видео:Лабораторная работа - 8М: Определение момента инерции маятника Максвелла.Скачать

Лабораторная работа - 8М: Определение момента инерции маятника Максвелла.

Параметры маятника:

• максимальная длина маятника h = 410 мм;

• количество сменных колец 3;

• размеры маятника: диаметр оси маятника D0 = 10 мм;

внешний диаметр ролика Dр= 86 мм;

внешний диаметр колец Dк= 105 мм;

диаметр нити подвески Dn= 0,5 мм.

Общий вид маятника FРМ показан на рис. 2.

SHAPE * MERGEFORMAT

Рис. 2. Маятник Максвелла

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

Основание 1 оснащено регулируемыми ножками 2, которые позволяют произвести выравнивание прибора. В основании закреплена колонка 3, к которой прикреплен неподвижный верхний кронштейн 4 и подвижный нижний 5. На верхнем кронштейне находится электромагнит 6, фотоэлектрический датчик №1-7 и вороток 8 для закрепления и регулирования длины бифилярной подвески маятника.

Нижний кронштейн вместе с прикрепленным к нему фотоэлектрическим датчиком №2-9 можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в произвольно избранном положении.

Маятник 10 – это ролик, закрепленный на оси и подвешенный по бифилярному способу, на который накладываются сменные кольца 11, изменяя, таким образом, момент инерции системы.

Маятник с наложенным кольцом удерживается в верхнем положении электромагнитом. Длина маятника определяется по миллиметровой шкале на колонке прибора. С целью облегчения этого измерения нижний кронштейн оснащен красным указателем, помещенным на высоте оптической оси нижнего фотоэлектрического датчика.

Видео:Маятник МаксвеллаСкачать

Маятник Максвелла

Ход работы

1. Включить сетевой шнур измерителя в сеть, нажать клавишу «СЕТЬ», проверяя, все ли индикаторы измерителя высвечивают цифру ноль, и засветилась ли лампочка фотоэлектрического датчика?

2. Нижний кронштейн прибора передвинуть и зафиксировать в крайнем положении.

3. На ролик маятника надеть кольцо, прижимая его до упора.

4. На ось маятника намотать нить подвески и зафиксировать ее. Проверить, отвечает ли нижняя грань кольца нулю шкалы на колонке. Если нет, отвинтить верхний кронштейн и отрегулировать его высоту. Привинтить верхний кронштейн.

5. Нажать клавишу «ПУСК» миллисекундомера FРМ-03.

6. Открутить гайку воротка для регулирования длины бифилярной подвески. Определить длину нити таким образом, чтобы край стального кольца после опускания маятника находился на 2 мм ниже оптической оси нижнего фотоэлектрического датчика. Одновременно произвести корректировку установки маятника, чтобы его ось была параллельна основанию прибора. Закрутить гайку воротка.

7. Отжать клавишу «ПУСК» миллисекундомера FРМ-03.

8. Намотать на ось маятника нить подвески, обращая внимание на то, чтобы она наматывалась равномерно.

9. Зафиксировать маятник при помощи электромагнита.

10. Повернуть маятник в направлении его движения на угол около 5 0 .

11. Нажать клавишу «СБРОС».

12. Нажать клавишу «ПУСК».

13. Определить значение времени падения маятника. Опыт повторить 5 раз.

14. Определить значение среднего времени падения маятника по формуле Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвеллагде n – количество выполненных замеров; ti – значение времени, полученное в i-ом замере;
t > — среднее значение времени падения маятника.

15. Со шкалы на вертикальной колонке прибора определить длину маятника.

16. Используя формулу (6) и известные значения диаметров D0 и Dn, определить диаметр оси вместе с намотанной на неё нитью.

17. По формуле (7) вычислить массу маятника вместе с аксиально наложенным кольцом. Значения масс отдельных элементов нанесены на них.

18. По формуле (5) определить момент инерции маятника.

19. Оценить погрешность результата измерений.

20. Данные результатов измерений и вычислений занести в таблицу.

Видео:маятник максвеллаСкачать

маятник максвелла

ОТЧЕТ По лабораторной работе №7 «Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла». Фокин лаб.№7. Отчет по лабораторной работе 7 Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла

НазваниеОтчет по лабораторной работе 7 Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла
АнкорОТЧЕТ По лабораторной работе №7 «Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла
Дата09.12.2021
Размер216.14 Kb.
Формат файлаУравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла
Имя файлаФокин лаб.№7.docx
ТипОтчет
#298119
Подборка по базе: дневник отчета кд.docx, Оқулық отчет 10 а.docx, Отчет по лабораторной работе 10.doc, Бурли ООШ отчет за полугодие театр.кружок.docx, Лаб.раб. 3-21 отчет.doc, К работе.docx, ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ФОРМА ОТЧЕТНОСТИ.docx, Егорова отчёт.pdf, «Правовое обеспечение в социальной работе».docx, 1 производственная, дневник, отчет, характерсткиа, индзадание.do

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДНИЕ РОССИИ
Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей и технической физики

По лабораторной работе №7

Видео:Физика 7 класс. Переход механической энергии во внутреннюю (с помощью маятника Максвелла)Скачать

Физика 7 класс. Переход механической энергии во внутреннюю (с помощью маятника Максвелла)

«Определение момента инерции твердых тел с помощью маятника Максвелла»

Выполнил:

Студент группыОНГ 20-2Фокин Д.А.
(шифр группы)(Подпись)

Проверил:
ассистентАверин И.А.
(должность)(подпись)(ФИО)

Санкт-Петербург
2020

Видео:Медленный спускСкачать

Медленный спуск

(1) Цель работы :

— изучение маятника Максвелла и определение с его помощью момента инерции твердых тел.

Видео:Галилео. Эксперимент. Маятник МаксвеллаСкачать

Галилео. Эксперимент. Маятник Максвелла

(2) Краткое теоретическое содержание:

Видео:Маятник МаксвеллаСкачать

Маятник Максвелла

А) Явление изучаемое в работе: Момент инерции тела. Поступательное и вращательное движение тела.

Видео:опыт #11 маятник МаксвеллаСкачать

опыт #11 маятник Максвелла

Б) Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:

Инерция: свойства тел сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения.

Момент инерции тела относительно оси вращения — это скалярная величина, равная сумме произведения масс n материальных точек системы на квадраты их расстояний до рассматриваемой оси.

Маятник Максвелла представляет собой однородный диск, через центр которого проходит металлический стержень . К концам этого стержня прикреплены две нити. Они тщательно, виток к витку, наматываются на стержень в направлении от его конца к диску. При этом диск на стержне поднимается вверх. Если не удерживать диск в верхнем положении, то возникает поступательное движение маятника вниз и его вращательное движение вокруг оси симметрии. Вращение, продолжаясь по инерции в низшей точке движения (когда нити уже размотаны), приводит вновь к наматыванию нити на стержень. Диск снова поднимается вверх и движение повторяется, т.е. возникают колебания.

Колебаниями — называются процессы (движения или изменения состояния), в той или иной степени, повторяющиеся во времени.

Видео:3.3. Центр масс и закон его движения | Динамика | Александр Чирцов | ЛекториумСкачать

3.3. Центр масс и закон его движения | Динамика | Александр Чирцов | Лекториум

В ) Законы и соотношения (использованные при выводе расчетной формулы):

Момент инерции твердого тела в данной работе рассчитывается по формуле, выведенной на основе закона сохранения энергии.

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

— полная энергия маятника в начальном положении (при закреплении его на верхнем кронштейне).

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

— полная энергия маятника в нижней точке движения, равная сумме кинетических энергий поступательного и вращательного движений.

 — линейная скорость поступательного движения маятника; [ ] = м/с

J — момент инерции; [J] = кг м ­­­ 2

m — масса маятника; [m] = кг

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

1. Основание установки.

2. Электронный секундомер.

3. Фотоэлектрический датчик.

5. Диск маятника.

7. Подвижный нижний кронштейн.

9. Верхний кронштейн, прикрепленный неподвижно к колонке 8.

11. Фотоэлектрический датчик.

12. Сменные кольца.

Видео:Момент инерцииСкачать

Момент инерции

(3) Основные расчетные формулы:

1) Момент инерции тела

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

m – масса маятника [кг]

R – радиус оси маятника [м]

g – ускорение свободного падения, g=9,8 м/с 2

t – среднее значение времени падения маятника, [с]

h – длина нити маятника [м]
2) Масса маятника

mo – масса оси маятника [кг]

mд – масса диска [кг]

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

ti – время падения маятника, [с]
4) Теоретическое значение момента инерции маятника

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

J0 — момент инерции оси маятника [кг/м 2 ]

Jд — момент инерции диска [кг/м 2 ]

Jк — момент инерции кольца, надетого на диск [кг/м 2 ]

5) Момент инерции оси маятника

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла;

Ro – радиус оси маятника [м]

6) Момент инерции диска

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла

Уравнение поступательного движения центра масс маятника максвелла/2;

Видео:#20 Определение момента инерции диска и кольца с помощью маятника МаксвеллаСкачать

#20 Определение момента инерции диска и кольца с помощью маятника Максвелла

(4) Формулы погрешности косвенных измерений:

Средняя квадратичная погрешность для полученного экспериментально значения момента инерции

📸 Видео

Часть 1 | Вопрос 13 | Маятник Максвелла (эксперимент)Скачать

Часть 1 | Вопрос 13 | Маятник Максвелла (эксперимент)

Маятник МаксвеллаСкачать

Маятник Максвелла

Урок 79. Центр масс тела и методы определения его положенияСкачать

Урок 79. Центр масс тела и методы определения его положения

Маятник МаксвеллаСкачать

Маятник Максвелла
Поделиться или сохранить к себе: