Материал: Плясов Лабораторныы практикум Мекханика твердого тела 2015

ной нулевой отметкой и положением указанного контактного устройства: h = 1,00 м.

Поднятие груза массы m в исходное положение до нулевой от- метки осуществляется электромотором подъемного механизма. Прибор, управляющий подъемным механизмом, конструктивно выполнен в виде отдельного настольного блока. На лицевой панели этого блока расположен тумблер СЕТЬ, включающий прибор, и трехступенчатый переключатель рода работы. Ручка этого пере- ключателя указывает на одну из пиктограмм (↑, 0, ↓), показываю- щую, какой вид работы совершает экспериментатор с помощью прибора. Если ручка переключателя (находясь в среднем – гори- зонтальном положении) показывает на пиктограмму с изображени- ем «0», это означает, что установка застопорена, груз массы т и подшипниковый узел неподвижны. Если ручка переключателя по- казывает на пиктограмму с изображением «↑», это означает, что в настоящий момент времени включен подъемный механизм, осу- ществляющий подъем груза массы m в исходное положение. При достижении поднимаемым грузом «нулевой» отметки на направ- ляющей трубе 9 надо повернуть ручку переключателя в горизон- тальное положение, и установка будет застопорена в исходном по- ложении. Если теперь хотим произвести измерение времени опус- кания груза массы m с высоты h, повернем ручку переключателя так, чтобы она указывала на пиктограмму с изображением «↓». Установка будет расстопорена. Груз массы т начнет опускаться. Миллисекундомер установки начнет автоматически измерение времени опускания груза.

Миллисекундомер в лабораторной работе 17 конструктивно вы- полнен в виде отдельного настольного блока, связанного с описан- ной установкой и прибором, управляющим подъемным механиз- мом, лишь электрически. На лицевой панели миллисекундомера расположены клавиши, управляющие работой самого миллисекун- домера. Одна из этих клавиш – СЕТЬ – включает миллисекундо- мер. Вторая клавиша, которой приходится пользоваться, – клавиша СБРОС. На эту клавишу следует нажимать перед началом очеред- ного измерения времени опускания груза массы т, чтобы на табло миллисекундомера после предыдущего измерения времени (и зане- сения его значения в лабораторный журнал) вновь были высвечены «нули».

21

Порядок подготовки и проведения измерения времени t прохождения грузом массы т пути h

1.Включить прибор, управляющий подъемным механизмом.

2.Осуществить намотку нити на выбранную ступень диска 7 (в дальнейшем не менять выбранную ступень этого диска). Намотку нити остановить в тот момент, когда нижний край груза массы m поравняется с нулевой отметкой на направляющей трубе 9. Меха- ническая часть установки находится в исходном положении.

3.Включить миллисекундомер нажатием клавиши СЕТЬ на его лицевой панели.

4.Нажать клавишу СБРОС на панели миллисекундомера. На табло миллисекундомера должны «гореть» нули.

5.Дождаться (или добиться с помощью руки) отсутствия кача- ния груза массы m на нити.

6.Установить ручку переключателя прибора подъемного устройства так, чтобы она указывала на пиктограмму с изображе-

нием «↓»; тормозящее устройство расстопорит установку, и предо- ставленная самой себе система «подшипниковый узел и груз массы т» начнет движение; миллисекундомер автоматически начнет от- счет времени движения. При достижении грузом массы т нижней втулки, нижний край груза замкнет контактное устройство, которое остановит отсчет времени миллисекундомером и включит тормо- зящее устройство, которое застопорит систему.

7.Показания миллисекундомера занести в заранее заготовлен- ную таблицу лабораторного журнала.

8.Нажать клавишу СБРОС на панели миллисекундомера. На табло миллисекундомера должны снова «гореть» нули.

9.Согласно п.2 данной инструкции привести механическую часть установки в исходное положение. Установка готова для по-

следующих измерений времени t прохождения грузом массы m пу- ти h.

К работе 1.17а

Законы вращательного движения тел с неподвижной осью вра- щения изучаются с помощью прибора, схематически изображенно-

го на рис. 1.17.2.

22

На вертикальной стойке 1, установленной на основании 2, имеются три кронштейна: ниж- ний 3, средний 4 и верхний 5. На верхнем кронштейне кре- пится блок 6. Через блок пере- брошена нить, один конец ко- торой прикреплен к двухсту- пенчатому диску 7 подшипни- кового узла, другой – к грузу 8 массы т. Сам груз 8 состоит из набора (несколько съемных и один несъемный) цилиндриче- ских грузов, насаженных на общую ось. Масса каждого из грузов указана на его боковой поверхности.

Подшипниковый узел, кото- рый может вращаться относи- тельно горизонтальной оси, прикрепленной к стойке 1, кон-

структивно состоит из двухсту- Рис. 1.17.2 пенчатого диска 7 и четырех металлических лучей крестовины.

Двухступенчатый диск 7 является, кроме того, основанием кресто- вины. Вдоль четырех лучей крестовины могут передвигаться грузы цилиндрической формы 9 с одинаковыми массами . Величины масс этих грузов указаны на их боковых поверхностях. Эти по- движные грузы фиксируются на лучах крестовины с помощью прижимных винтов. Для надежного крепления подвижных грузов и их точного симметричного расположения на крестовине каждый луч вдоль его длины имеет расположенные на одинаковом рассто- янии 1 см друг от друга поперечные метки – углубления.

Каждая ступень диска 7 имеет форму цилиндра определенного диаметра. На одну из ступеней диска 7 наматывается нить. При этом конец нити жестко крепится к диску 7, что предотвращает проскальзывание нити по диску во время проведения эксперимен- та. На креплении подшипникового узла находится тормозное устройство (электромагнит), которое после подключения к нему

23

напряжения удерживает с помощью фрикционного устройства си- стему «подшипниковый узел и висящий на конце нити груз 8 мас- сы m» в состоянии покоя. Когда от электромагнита отключено напряжение (установка расстопорена), груз 8 массы т начинает равноускоренно опускаться вниз, увлекая за собою нить. Нить, в свою очередь, скручиваясь с одной из ступеней диска 7 (но не про- скальзывая по нему!), заставляет равноускоренно вращаться под- шипниковый узел вокруг горизонтальной оси.

Груз 8 массы m в описанной экспериментальной установке, опускаясь, проходит путь h. Для отсчета пути h, пройденного гру- зом 8, на стойке 1 прикреплена миллиметровая шкала. Сам путь h измеряется по этой шкале разностью показаний указателей поло- жений среднего кронштейна 4 и нижнего кронштейна 3. На обоих кронштейнах закреплены фотодатчики, оптические оси которых совпадают с указателями положений соответствующих кронштей- нов. Вырабатываемые датчиками электрические импульсы автома- тически включают и выключают секундомер, определяющий время t движения груза 8 на пути h. Кроме того, в момент выключения се- кундомера автоматически включается тормозное устройство.

Секундомер в лабораторной работе 17а конструктивно выпол- нен в виде отдельного блока на основании установки 1. На лицевой панели секундомера расположены клавиши, управляющие работой, как самого секундомера, так и тормозного устройства, и табло се- кундомера.

Порядок подготовки и проведения измерения времени h прохождения грузом массы m пути h

1.Вращая крестовину против часовой стрелки и наматывая нить на ступень шкива с большим диаметром, установить груз 8 так, что- бы нижний край его был на 1–2 мм выше, чем указатель оптической оси фотодатчика, прикрепленного к верхнему кронштейну 4.

2.Включить прибор, нажав клавишу СЕТЬ. При этом тормозное устройство автоматически застопорит установку; на табло миллисе- кундомера загорятся нули; загорятся лампочки фотодатчиков. Уста- новка находится в исходном положении. Если тормозное устройство не сработало – удерживайте крест рукой в исходном положении.

24

3.Дождаться (или с помощью руки добиться) отсутствия кача- ния груза 8 на нити.

4.Измерить время t движения груза 8 на пути h. Для этого нажать клавишу ПУСК. Если тормозное устройство работает, оно расстопорит установку, и предоставленная самой себе система «подшипниковый узел и груз 8 массы т» начнет движение; секун- домер начнет автоматически отсчитывать время движения. Если тормозная система не в состоянии самостоятельно удерживать си- стему от вращения, то одновременно с нажатием кнопки ПУСК следует отпустить крест. После пересечения нижним краем груза 8 оптической оси нижнего фотодатчика секундомер автоматически прекратит отсчет времени; тормозное устройство автоматически застопорит установку (если этого не произошло, остановите крест вручную), предохраняя корпус секундомера от удара грузом 8.

5.Показание секундомера занести в заранее заготовленную таб- лицу лабораторного журнала.

6.Нажать клавишу СБРОС; на табло секундомера вновь зажгут- ся нули; тормозящее устройство расстопорит установку.

7.Вновь, как указано в п.1 данной инструкции, установить груз 8 в исходном верхнем положении. Отжать клавишу ПУСК. Тор- мозное устройство застопорит прибор. Установка снова готова для последующих измерений времени t прохождения грузом 8 массы т пути h.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

1.Не располагать посторонние предметы на пути движущихся частей установки.

2.После достижения грузом 8 нижней точки, аккуратно остано- вите подшипниковый узел, если тормоз не сработал.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ВВЕДЕНИЯ

Обе установки дают возможность экспериментально определить ускорение подвешенного к концу нити груза массы m по формуле

25