Изучение динамики вращательного движения с помощью маятника Максвелла

4256
знаков
2
таблицы
0
изображений

Министерство образования РФ

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра ОиЭФ

Контрольная работа

«ИЗУЧЕНИЕ ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА»

Выполнил ст. гр. 731

Пантюшин И.А.

Проверил Рязань 2007г.

Цель работы: Изучение законов вращательного движения, экспериментальное определение моментов инерции сменных колец с помощью маятника Максвелла.

Приборы и принадлежности: установка с маятником Максвелла со встроенным миллисекундомером, набор сменных колец.

Элементы теории

Прибор с маятником Максвелла (и встроенным миллисекундомером) используется для изучения законов вращательного движения. По данным, которые снимаются с прибора, можно определить моменты инерции вращающихся (на установке) тел. На вертикальной стойке основания (с нанесённой на ней миллиметровой шкалой) крепятся два кронштейна. Верхний кронштейн электромагнитом и устройством регулировки бифилярного подвеса (на котором крепиться сам маятник). С помощью электромагнитов маятник со сменными кольцами фиксируется в верхнем исходом положении.

В нижний кронштейн вмонтирован фотоэлектрический датчик. Данный фотодатчик связан с миллисекундометром. Сам нижний кронштейн подвижен.

Введём условные обозначения: m1 - масса стержня с насаженным на него диском; d - диаметр стержня; D1, D2 - внутренний и внешний диаметры сменных колец соответственно; J1 - момент инерции стержня с диском относительно оси О; J -момент инерции сменного кольца относительно той же оси; mS - суммарная масса маятника со сменным кольцом; JS - суммарный момент инерции маятника со сменным кольцом относительно оси О.

Когда маятник находиться в верхнем положении, он обладает потенциальной энергией.

1)

При движении маятника происходит преобразование энергии в кинетическую. Кинетическую энергию маятника, когда он находиться в нижнем положении можно записать так.

2)

Где V2 - поступательная скорость движения центра маятника; w - угловая скорость вращения маятника.

Учитывая закон сохранения энергии

3)

При , получим:

4)

Если маятник опустился на расстояние h за время t, то исходя из кинематических соотношений для равноускоренного движения можно записать следующую формулу.

5)

Выразим JS из (4) и (5).

6)

Учтя JS= J1 + J2 , формулу (6) можно записать так.

7)

Таким образом, измеряя t, h и J1, можно найти момент инерции Jсменного кольца.

Расчётная часть

m2, кг

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

, с

0,20

t1, с

2,18 2,11 2,12 2,11 2,16 2,09 2,05 2,06 2,33 2,38 2,16
0,31

t2, с

2,27 2,48 2,28 2,50 2,29 2,37 2,39 2,32 2,33 2,53 2,38
0,41

t3, с

2,48 2,45 2,35 2,33 2,31 2,52 2,37 2,52 2,34 2,51 2,42

Для удобства введём обозначение i – ой величины, для вычисления некоторых величин для i – ого кольца.

Сняв измерения с установки, имеем значения следующих величин:

D1 = 9´10-2 м.; D2 = 13´10-2 м.; (длина хода маятника) h = 0,34 м. при данной погрешности Dh = 2´10-3 м.;

m1 = 0,134 кг.; DmS = 10-3 кг.; d = 10-2 м.; J1 = (1,1 ± 0,1)´10-4 кг´м2.; Dtсист = 5´10-3 с.;

действительные значения времени  соответственно серии замеров для каждого из колец (занесены в таблицу).

Найдём погрешность измерения времени (Dt).


 При  где tс = 2,26

 = 0,08 с.

 = 0,07 с.

 = 0,06 с.

Представим Dtсл, как действительное значение  и найдём его по данной формуле от Dt1сл, Dt2сл и Dt3сл.

 с.;  с.;

Далее вычислим моменты инерции J каждого из сменных колец по формуле (7).

 

 кг´м2.

 кг´м2.

 кг´м2.

Оценим погрешность найденных значений Ji, используя следующую формулу.

 при DJ1 = 10-5 кг´м2.

Учтём, что

Где JS вычисляется по формуле (6). Учтём, что

при c – цена деления прибора которым измерялась величина d.

DJ1 = DJ0 (для погрешности момента инерции маятника без кольца)

= 1,12´10-5 кг´м2.

= 1,26´10-5 кг´м2.

= 1,38´10-5 кг´м2.

Теперь рассчитаем моменты инерции сменных колец по следующей формуле.

кг´м2.

кг´м2.

кг´м2.

Вычислим для каждого кольца погрешность моментов инерции (Jiтеор), найденные по предидущей формуле.

 При .

кг´м2.

кг´м2.

 кг´м2.

m2, кг

Jэксп,кг´м2

Jтеор,кг´м2

0,2

4,44´10-4 ± 1,12´10-5

6,25´10-4 ± 1,87´10-6

0,31

7,84´10-4 ± 1,26´10-5

9,69´10-4 ± 2,18´10-6

0,41

1,02´10-3 ± 1,38´10-5

1,28´10-3 ± 2,35´10-6


Информация о работе «Изучение динамики вращательного движения с помощью маятника Максвелла»
Раздел: Физика
Количество знаков с пробелами: 4256
Количество таблиц: 2
Количество изображений: 0

Похожие работы

Скачать
67410
17
19

... самопроизвольно протекать не может, необходим подвод энергии извне. 2-й закон термодинамики с использованием понятия энтропии формулируется так: Все процессы в природе протекают в направлении увеличения энтропии, энтропия замкнутой системы не может самопроизвольно уменьшаться. В статистической физике энтропию связывают с термодинамической вероятностью состояния системы – с числом ...

Скачать
89077
4
25

... изменение. 3. Что такое термодинамическая вероятность состояния (статис­тический вес). 4. Статистический смысл изменения энтропии. 5. Первый закон термодинамики. 6. Вывод рабочей формулы (36) данной работы. 7. Второй закон термодинамики и его статистический смысл. 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОТЫ ПЛАВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА Цель работы Исследовать фазовый переход первого рода ...

Скачать
48853
0
9

... рассматриваться как определенные независимо одна от другой. Зависимость между силой, массой и ускорением. Второй закон Ньютона Данную зависимость с точностью, которая возможна в демонстрационном эксперименте, устанавливают на опыте, Поскольку согласно принятой в стабильном учебнике методике сначала устанавливается только способ задания некоторой силы «безразлично какой именно!», в опытах ...

Скачать
28619
0
0

... школа, 1988. 10.  Артюхов В.Г., Ковалева Т.А., Шмелев В.П. Биофизика. Воронеж: Воронежский гос. ун-т 1994. 11.  Антонов В.Ф. Биофизика. VI.: Арктос-Викапресс, 2000. 12.  Дополнительная 13.  Механика и биомеханика 14.  Никитин E. VI. Теоретическая механика. VI.: Наука. 1968. Александер Р. Биомеханика. VI.: Мир. 1970. 15.  Журавлева А.И., Iраевская И.Д. Спортивная медицина и лечебная ...

0 комментариев


Наверх