Материал: Плясов Лабораторныы практикум Мекханика твердого тела 2015
|
|
vc |
|
|
R 2 |
|
Δτ 2 |
|
||
εvc |
≡ |
|
= |
|
|
+ |
τ |
. |
(1.21.24) |
|
vc |
||||||||||
|
|
|
|
R |
|
|
|
|||
ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ
1. Во время движения маятника Максвелла проследите, чтобы
на его пути не было посторонних предметов.
Внимание! После того как секундомер измерил время движения маятника, сразу же осторожно остановите колесо маятника. Иначе при замедлении маятника в ходе его последовательных подъемов и спусков возможно возникновение поперечного движения оси. При этом маятник может задеть и повредить фотодатчик.
2.Перед началом работы проверьте, чтобы в верхнем положе- нии (при полностью накрученных нитях) ось маятника была гори- зонтальна. А в нижнем положении ось маятника не задевала корпус фотодатчика. Если эти условия не выполнены, пригласите инжене- ра или лаборанта для настройки установки.
3.В работе 1.21 аккуратно надевайте съемные кольца, чтобы не порвать нити бифилярного подвеса. Кроме того, кольцо плотно
вставьте на ролик маятника до упора.
Внимание! В работе 1.21а положение фиксирующего (пусково- го) устройства на штативе не менять.
ЗАДАНИЯ Для работы 1.21
Изучение плоского движения маятника Максвелла
1. Записать в лабораторный журнал значения масс и диаметров оси и ролика маятника Максвелла, трех съемных колец:
т0 = 33,0 г; d0 = 9,8 мм; тр = 125,2 г; dp = 85,8 мм;
mк1 = 509,10 г; mк2 = 386,90 г; mк3 = 253,60 г; dк = 104,5 мм.
По миллиметровой шкале на колонне прибора определить по- ложение h нижнего кронштейна. Положение нижнего кронштейна до и после работы с прибором не изменять. Съемное кольцо с ро- лика не снимать.
111
2.Включить прибор нажатием клавиши СЕТЬ на блоке управ- ления (клавиша ПУСК при этом отжата, и на магнит подано напряжение).
3.Надеть на маятник одно из колец.
4.Равномерно намотав нити на ось маятника, закрепить его с помощью магнита в крайнем верхнем положении.
5.Нажать клавишу ПУСК. С электромагнита будет автоматиче- ски снято напряжение, и маятник, скручиваясь с нити, начнет опус- каться вниз. Электронный секундомер начнет отсчет времени спус- ка. После пересечения нижним краем съемного кольца оптической оси фотодатчика, расположенного на нижнем кронштейне, секун- домер автоматически прекратит отсчет времени и покажет резуль- тат на табло. Записать результат в заранее подготовленную табл. 1.21.1.
Таблица 1.21.1
h, м |
U, |
U, |
m, |
t, |
<t>, |
t, |
I, кг |
Т, Дж |
Т, Дж |
Дж |
Дж |
кг |
c |
c |
c |
м2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.Повторить измерение времени t движения маятника еще два- четыре раза. Для этого необходимо выполнить следующие дей- ствия: отжать клавишу ПУСК; закрепить маятник в крайнем верх- нем положении, как это описано в п. 3; нажать клавишу СБРОС: на табло секундомера будут высвечены нули – прибор готов для по- вторных измерений.
7.Повторить измерения пп. 3–6 для остальных колец.
Для работы 1.21а
Задание 1. Экспериментальное определение момента инерции маятника Максвелла
1. Активируйте РЕЖИМ 1 измерения времени, для этого про- верьте необходимые соединения и выбор режимов цифрового счет- чика (см. выше описание установки).
112
2.Приведите маятник Максвелла в исходное (верхнее) положе- ние. Для этого, медленно вращая ось, плотно намотайте на нее обе нити. Наматывайте нити до тех пор, пока ось маятника не будет находиться на одном уровне со штырем пускового устройства. При этом одно из отверстий на колесе маятника должно оказаться точно напротив штыря фиксирующего устройства. В этом положении нажмите на кнопку на конце гибкого тросика фиксирующего устройства. Это приведет к тому, что стержень выдвинется, войдет
вотверстие колеса, и зафиксирует маятник.
3.Убедитесь, что в верхнем положении маятника штырь пуско- вого устройства в нажатом состоянии фиксирует колесо маятника Максвелла, а в отжатом состоянии (если кнопку тросика отпустить) обеспечивает его беспрепятственное движение. Если это не так, сместите пусковое устройство вдоль оси его крепления.
4.Отпустите кнопку, маятник освободится и начнет движение вниз. Проследите, как будет двигаться маятник. Убедитесь, что движение маятника плоское. Кроме того, убедитесь, что маятник при своем движении не задевает фотодатчик. Если это не так, при- гласите лаборанта или дежурного сотрудника. После прохождения маятником фотодатчика аккуратно остановите его.
5.Верхний указатель расположите на измерительной линейке таким образом, чтобы он совпадал со штырем фиксирующего устройства. Фотодатчик и определяющий его положение нижний указатель установите так, чтобы расстояние между указателями составляло 60 см. Внимание! Положение пускового устройства на штативе не менять.
6.Медленно вращая стержень,
плотно намотайте на него обе ни- |
|
|
ти, чтобы привести маятник в ис- |
|
|
ходное положение. Приведите ко- |
|
|
лесо в соприкосновение с нажатым |
|
|
штырем фиксирующего |
устрой- |
|
ства. Внимание! При каждом из- |
|
|
мерении наматывайте нити на ось |
|
|
маятника с одной стороны (в |
|
|
направлении, показанном |
на рис. |
Рис. 1.21.6 |
1.21.6)! |
|
|
113
7.Нажмите кнопку сброса счетчика «Reset», затем кнопку счет- чика «Start», при этом загорится зеленый светодиод около нее. Приведите маятник Максвелла в движение, отпустив кнопку на тросике пускового устройства. Когда ось маятника пересечет ли- нию измерительных отверстий фотодатчика, аккуратно остановите маятник. Счетчик покажет время движения маятника Максвелла от верхнего до нижнего положения. Если счетчик запустился не во- время из-за неправильной последовательности ваших действий, остановите его, нажав кнопку «Stop», и повторите всё согласно пп. 6 и 7.
8.Запишите результат измерения в заранее подготовленную табл. 1.21.2.
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.21.2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
h, см |
t, с |
<t>, с |
t, с |
t2, с2 |
|
(t 2 ), c2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
… |
|
9.Повторите измерение времени t движения маятника еще два
раза.
10.Повторите пп. 6–9 для других положений фотодатчика, зада-
вая их путем его перемещения вдоль штатива в диапазоне расстоя-
ний от 30 до 60 см ниже исходного положения маятника с интерва- лом в 5 см. Внимание! Стартовое положение маятника (положе-
ние фиксирующего устройства) не изменяйте.
Задание 2. Экспериментальная проверка закона сохранения полной механической энергии
1. Активируйте режим 2 измерения времени, для этого проверь- те необходимые соединения и выбор режимов цифрового счетчика (см. выше описание установки).
114
2.Фотодатчик и определяющий его положение нижний указа- тель оставьте так, как он был расположен по окончании выполне- ния задания 1. При этом расстояние между указателями составляло
30 см.
3.Приведите маятник в исходное положение.
4.Нажмите кнопку сброса счетчика «Reset». Нажмите кнопку «Start» счетчика, при этом загорится зеленый светодиод около нее. Приведите маятник Максвелла в движение, отпустив кнопку на тросике пускового устройства. Поскольку измерения проводятся в режиме 2, фотодатчик включит секундомер, когда ось маятника войдет в него, и выключит – когда ось выйдет из него. Таким обра- зом, будет измерено время τ. Внимание! Аккуратно остановите
маятник после прохождения фотодатчика.
5. Запишите результат измерений в заранее подготовленную табл. 1.21.3.
Таблица 1.21.3
|
h, |
τ , |
τ , |
τ, |
v , |
v , |
Т, |
T , |
U , |
U , |
№ |
|
|
|
c |
c |
|
|
|
||
|
см |
мc |
мc |
мc |
м c |
м c |
Дж |
Дж |
Дж |
Дж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
6.Повторить измерение времени τ прохождения осью маятника луча фотодатчика еще два раза.
7.Повторите п.п. 3-6 для других положений фотодатчика, пере-
мещая его вниз вдоль штатива в диапазоне расстояний до 60 см ниже исходного положения маятника с интервалом в 5 см. Внима- ние! Стартовое положение маятника (положение фиксирующего устройства) не изменяйте.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
Для работы 1.21
1. Для каждого из колец по результатам измерений времени найти среднее значение <t> и его абсолютную погрешность t .
115