Материал: Плясов Лабораторныы практикум Мекханика твердого тела 2015

включения электромагнита служит лампочка 9. Период колебаний диска измеряется с помощью электронного секундомера, также встроенного в блок управления 8. Включение и выключение секун- домера осуществляется автоматически с помощью электронного реле. На передней панели блока управления 8 также смонтированы тумблер выключения сети 10, лампочка наличия питания установ- ки 11, кнопка СБРОС, служащая для обнуления секундомера и начала измерений, и табло электронного секундомера 12.

К работе 1.18а

Установка (рис. 1.18.2) состоит из упругой спиральной пружи- ны, соединённой с вращающимся валом 1, электронного секундо- мера интегрированного в фотодатчик 2, стержня 3 с подвижными грузами, сплошного 4 и полого 5 цилиндров, сплошного шара 6, диска 7, рулетки (либо линейки) 8, и штангенциркуля (на рисунке не показан).

Рис. 1.18.2

Массы и размеры исследуемых тел приведены в табл. 1.18.2., L − длина стержня, R − радиус соответствующего тела.

56

Вданной работе момент инерции одного из тел (полого цилин- дра) относительно его оси симметрии известен, т.е. оно использу- ется как эталонное тело. Поэтому угловой коэффициент упругости спиральной пружины может быть рассчитан по формуле (1.18.17) с помощью измеренных значений периода колебаний полого цилин- дра.

Моменты инерции всех тел измеряются с помощью метода кру- тильных колебаний. Для этого пружина вместе с исследуемым твёрдым телом, закреплённым предварительно на валу 1, выводят- ся из положения равновесия. Измерение периода колебаний тела с помощью электронного секундомера 2 позволит затем рассчитать по формуле (1.18.15) момент инерции исследуемого тела.

Для измерения периода колебаний тела вместо электронного се- кундомера 2 также может быть использован ручной цифровой се- кундомер. В этом случае рекомендуется измерять время 5 полных колебаний тела, и затем рассчитывать период.

Вслучае если измеряется момент инерции стержня 3 с подвиж- ными грузами, грузы должны быть расположены симметрично от- носительно оси системы. Для определения расстояния между цен- тром масс каждого груза и осью системы используется следующая методика. Сначала с помощью штангенциркуля измеряют длину грузов d1 и диаметр центральной муфты d2. Затем для каждого по- ложения грузов с помощью штангенциркуля измеряют расстояние l

(рис. 1.18.3).

Так как грузы и муфта однородны и имеют форму цилиндров, расстояние между центром масс груза и осью системы определяет- ся формулой

57

Рис. 1.18.3

К работе 1.18б

Установка (рис. 1.18.4) состоит из упругой спиральной пружи- ны, соединённой с вращающимся валом 1, на который намотана тонкая нить, перекинутая через блок фотодатчика 2. К другому концу нити прикреплен груз для того, чтобы нить при движении оси всегда была натянута и не проскальзывала по блоку. Фотодат- чик 2 через интерфейс «Кобра 3» соединен с компьютером. На стержень 1 сверху могут закрепляться исследуемые тела: стержень с грузами 3, сплошной 4 и полый 5 цилиндры, сплошной шар 6 или диск 7.

Рис. 1.18.4

58

Массы и размеры исследуемых тел приведены выше в табл. 1.18.2. Для измерения размеров тел используется рулетка и штан- генциркуль (на рисунке не показаны).

В работе момент инерции одного из тел (полого цилиндра) от- носительно его оси симметрии известен, т.е. оно используется как эталонное тело. Поэтому угловой коэффициент упругости спи- ральной пружины может быть рассчитан по формуле (1.18.17) с помощью измеренных значений периода колебаний полого цилин- дра.

Моменты инерции всех тел измеряются с помощью метода кру- тильных колебаний. Для этого исследуемое тело, закреплённое предварительно на валу 1, выводится из положения равновесия, и затем отпускается. При этом система начинает совершать колеба- ния. Измерение периода колебаний тела с помощью компьютерно- го интерфейса позволит затем рассчитать по формуле (1.18.15) мо- мент инерции исследуемого тела.

Фотодатчик 2, подключенный к компьютеру через интерфейс «Кобра 3», позволяет непосредственно снять зависимость угла по- ворота системы от времени, и затем по графику этой зависимости определить расстояние между соседними максимумами, т.е. период колебаний.

Рассмотрим подробно работу компьютерного интерфейса. По- сле запуска программы «Phywe measure», ярлык которой находится на рабочем столе, необходимо в пункте меню «Прибор» выбрать название датчика используемого в работе: «Кобра 3 Перемеще- ние/Вращение» (см. рис. 1.18.5).

Затем следует настроить датчик. Для этого в меню датчика (рис. 1.18.6) необходимо установить диаметр оси – 25 мм, поставить галочку в клетке «колебательное движение», на вкладке «враще- ние» поставить галочки в обеих клетках ϕ(t), выбрать диаметр оси

–20 мм.

Внижней части этого экрана есть рамка «получить значение каждые … мс». Для каждого тела это значение определяется ин-

дивидуально. Соответствующие значения приведены в заданиях.

После заполнения этого окна нажмите кнопку «Далее». Датчик перейдет в режим измерения. Отведите тело из положения равно- весия на угол, не превышающий 180°, и отпустите его, затем нажмите любую клавишу.

59