Для расчета угловой скорости w2 по формуле (6) необходимо знать Ie,Iя,w1, угол a. Значения момента инерции якоря и угловой скорости его вращения w1 при заданной силе тока даны в паспорте прибора-установки:
Iя=(1760±20)г/см2
w1=(1300±50)об/мин при силе тока I=0.25А.
Значения угла a задается преподавателем. Величина общего момента инерции системы Ie при заданном угле a определяется экспериментально. Для этого на блок 6 (рис.2), имеющий радиус R наматывается нить, на конце которой подвешен груз весом Р (на рисунке не показан). Если освободить рамку и измерить время t, за которое груз Р пройдет расстояние h, то по этим данным можно найти Ie. Действительно, в соответствии с основным уравнением динамики вращательного движения
(7)
где М – момент внешних сил относительно горизонтальной оси;
b - угловое ускорение рамки.
Пренебрегая трением, можно утверждать, что момент сил обусловлен только силой натяжения Т нити, на которой висит груз Р т.е.
(8)
где m – масса груза;
а – ускорение, с которым груз движется.
Учитывая , что 
и
подставив (8) в (7) получить
(9)
Ускорение 
, где h – высота, на которую опустился груз Р, t – время его движения. Таким образом, окончательно для Ie
получаем
(10)
Угловая скорость w2 может быть изменена непосредственно. Сравнение значений w2 , полученных непосредственным измерением и рассчитанных по формуле (6) позволяет сделать выводы о справедливости закона сохранения импульса.
ТЕХНИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.
Упражнение 1: Определение общего момента инерции Ie.
1. Измерить штангенциркулем диаметр барабана 6 (рис.2).
2. Взвешиванием определить массу груза m с точностью до 0,5г.
3. Укрепить мотор под углом a=450 к горизонтальной оси.
4. Разарретировать рамку с двигателем и поворачивая ее, аккуратно намотать нить на барабан и закрепить рамку в горизонтальном положении стопором 7 (рис.2).
5. Линейкой измерить h – расстояние от пола до нижнего края груза.
6. Освободить рамку, нажав на рычаг 7 (рис.2) и одновременно включить секундомер. В момент касания груза о пол остановить секундомер. Это измерение повторить 7-10 раз. Результаты измерений занести в таблицу. Определить среднее значение времени опускания груза и погрешность измерения. Внимание!!! При повторных измерениях: 1) необходимо сохранять ориентацию арретированной рамки в начальный момент времени, 2) при наматывании нити на блок рекомендуется снимать с нити груз, 3) следить за неизменностью высоты h с которой опускается груз в процессе измерения.
7. Измерение времени t, за которое груз проходит расстояние h повторить при угле a=600. результаты занести в таблицу 1 и обработать.
8. По формуле (10) определить Ie для углов a=450 и a=600. результаты занести в таблицу 1. Вычислить погрешность D Ie.
Упражнение 2: Проверка закона сохранения момента импульса.
1. Собрать электроцепь в соответствии с рис.1.
2. Установить электродвигатель под углом a=450 к горизонтальной оси и закрепить рамку в положении рычагом 7 (рис.2).
3. Замкнуть цепь мотора и путем регулировки напряжения установить по амперметру ток 0.25 А.
4. Примерно через минуту с помощью рычага 7 одновременно освободить рамку и выключить цепь мотора (тумблер 8). С помощью счетчика-секундомера определить количество полных оборотов рамки с двигателем. В данном случае управление счетчика-секундомера осуществляется от фотоэлектрического датчика Д2. Для включения счетчика-секундомера нажать клавишу включения прибора СЕТЬ – 1 (рис.3). Клавиша выбора режима – 2 поставить в положение ВЫД (выдача временных интервалов). Клавишу выбора режима – 3 поставить в положение N –счетчика. 7, 8, 9, 10 – клавиши выбора интервалов времени: 4,0с; 2,0с; 1,0с; 0,5с. Клавиша 6 – СБРОС
|
|
 |
|
|
|
|
|
|
(обнуление
счетчика-секундомера).
Рис.3
5. Операции пунктов 2-4 выполнить 5-8 раз. Результаты измерений занести в таблицу 2.
6.
Вычислить угловую скорость 
вращения
рамки с мотором при угле a=450
и оценить погрешность измерений 
. Результаты
занести в таблицу.
7. Пункты 2-6 выполнить при значении угла a=600.
8. Используя результаты упражнения 1, по формуле (6) рассчитать значение угловой скорости w2 вращения рамки с якорем для углов a=450 и a=600. Оценить погрешность Dw2. Результаты занести в таблицу 3.
9. Проверить справедливость неравенств
Сделать выводы.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПОДГОТОВКИ.
1. Момент импульса. Момент силы. Уравнение моментов.
2. Закон сохранения момента импульса. Его применение.
3. Законы сохранения и симметрия пространства-времени.
ЛИТЕРАТУРА.
1. Матвеев А.Н., Механика и теория относительности, М., Высшая школа, 1976, §§ 22,26,28.
2. Сивухин Д.В., Общий курс физики, Механика, М., Наука, 1979, §§ 30,32-34,38.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.