Описание лабораторной установки. 1.1. Освоение экспериментального метода определения массы тела, равномерно распределённой относительно оси вращения

Выполнение работы

Подготовка к работе

Цель работы

ДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ ТЕЛА

1.1. Освоение экспериментального метода определения массы тела, равномерно распределённой относительно оси вращения.

1.2. Применение закона изменения механической энергии для определения динамических параметров системы тел.

Прочитать в учебниках следующие параграфы: [1] – §§ 4.1 – 4.3, [2] – §§ 12, 13, 16, 18, [3] – §§ 35, 36. Для выполнения работы студент должен знать: а) законы динамики поступательного и вращательного движения и закон изменения энергия; б) уметь пользоваться измерительными приборами.

Лабораторный комплекс «Механика» выполнен в виде панели 1 (рис. 5.1), на которой размещены универсальная вращающаяся подвеска 2 для укрепления на ней сменных модулей и таймер 3.

Вращающаяся подвеска представляет собой вал, имеющий форму конусной втулки 4, со шкивом 5 на подшипниках. В данной работе на конусную втулку надевается маховое колесо. Комплекс оснащен схемой автоматической регистрации измеряемых параметров (числа колебаний и времени колебаний). Время фиксируется электронным секундомером, измеряемые параметры вносятся в память программируемого микрокалькулятора МК-56 и высвечиваются на его табло. Для автоматического запуска таймера и счетчика числа импульсов (колебаний) в корпус вала вмонтирован магнит, а на неподвижной панели укреплен магнитоуправляемый контакт.

Работа может выполняться и в ручном режиме (без МК-56).

Маховое колесо состоит из четырех взаимно перпендикулярных стержней 1, закрепленных на втулке 2 (рис. 5.2). На стержнях могут помещаться грузы одинаковой массы 3 (по одному на каждом стержне). Положение стержней дополнительно фиксируется ободом 4. К шкиву, закрепленному сносно с втулкой 2, привязана нить, переброшенная через легко вращающийся невесомый ролик 6. К другому концу нити привязан груз 5. Под действием силы тяжести, действующей на груз 5, нить разматывается и приводит во вращательное движение маховое колесо.

3.2. Методика измерений и расчёта

Рассмотрим систему тел, состоящую из махового колеса 1, укрепленного на валу 2, и груза 3 массой m, закреплённого на нити, другой конец которой наматывается на вал радиуса (рис. 5.2).

Для описания поступательного движения груза выбираем ось , направленную вертикально вверх (рис. 5.2). Перед началом измерений нить полностью раскручена, нижнее основание груза находится на уровне, соответствующем координате . Потенциальная энергия маховика с валом остаётся неизменной во всё время эксперимента и, поэтому ее не учитываем.

Нить наматывается на вал до тех пор, пока нижнее основание груза не поднимется до уровня, соответствующего координате . Механическая энергия груза в этом состоянии (начальная скорость ) равна его потенциальной энергии , тогда механическая энергия рассматриваемой системы тел равна

. (5.1)

Предоставим грузу возможность опускаться под действием силы тяжести. Тогда потенциальная энергия груза будет переходить в кинетическую энергию поступательного движения груза и кинетическую энергию вращательного движения махового колеса с валом. Через время нить полностью разматывается, нижнее основание груза достигает координаты , скорость груза и угловая скорость махового колеса с валом принимают при этом свои максимальные значения

; (5.2)

. (5.3)

В точке с координатой груз на мгновение останавливается, а маховое колесо продолжает вращаться в ту же сторону по инерции. Это приводит к перебросу нити на валу, и груз начинает подниматься вверх. При движении груза вверх маховое колесо вращается замедленно, и через время после переброса нити маховое колесо и груз останавливаются. Нижнее основание груза при этом имеет координату , а механическая энергия системы тогда равна

. (5.4)

3.3. Подготовка лабораторного стенда к работе. Порядок работы с таймером СУРА–2

3.3.1. Перед включением таймера в сеть выключатель питания 6 (рис. 5.1) должен находиться в нижнем положении, переключатель режимов 7 – в положении «».

3.3.2. Подключив лабораторный комплекс к сети, установите переключатель 6 в положение «».

3.3.3. Для приведения таймера в исходное состояние нажмите первые три клавиши выдержки, затем клавишу «» и четвертую клавишу выдержки. На табло высветятся четыре произвольно набранные Вами цифры, например, 345,6. При таком наборе время измеряется с точностью до десятых долей секунды. Перенесение запятой влево повышает точность измерений на порядок.

3.3.4. При запуске таймера с 345,6, отсчет времени начинается после нажатия клавиши «пуск». При этом на индикаторе 8 идет отсчет времени в обратном счете. При нажатии клавиши «стоп» счет времени прекращается. Пусть новое показание на табло будет 324,1. Тогда искомое время равно

(с).

Дата добавления: 2014-12-16