Сила, прикладываемая к концу тесьмы не должна быть слишком большой. Если вертикальная составляющая этой силы будет больше силы тяжести, действующей на катушку, то катушка будет подниматься вверх.
21.22. Маятник Максвелла
Маятник Максвелла представляет собой массивный диск, к концам оси которого прикреплены два шнура. На этих шнурах маятник подвешивается к горизонтальной перекладине.
Если шнуры намотать на ось, а затем диск отпустить, то под действием силы тяжести диск будет опускаться. При этом шнуры будут разматываться, а диск ускоренно вращаться. Потенциальная энергия диска в поле тяжести будет переходить в кинетическую энергию поступательного и вращательного движений диска.
Когда шнуры полностью размотаются, поступательное движение вниз прекратится. При этом кинетическая энергия поступательного движения перейдет в потенциальную энергию растяжения упругой нити в момент рывка. Энергия вращательного движения во время рывка не изменится.
В дальнейшем вращающийся диск будет наматывать шнур на ось и подниматься. Процесс превращения энергии пойдет в обратном порядке и диск поднимется на прежнюю высоту (если можно пренебречь трением).
21.23. Свободные оси вращения
При наличии внешнего воздействия (например, со стороны нити подвеса) тело, первоначально вращающееся относительно произвольной оси, стремится повернуться так, чтобы ось вращения совпала с той свободной осью, относительно которой момент инерции максимален.
Это состояние вращения является наиболее устойчивым.
Для лекционной демонстрации используется ручное вращающее устройство, показанное на рисунке.
22
.
Ось вращения расположена вертикально. Внизу имеется крючок,к которому можно подвешивать на веревке различные тела. В настоящей лекционной демонстрации, используются цилиндрический металлический стержень диаметром
20 мм и длиной 20 см, диск диаметром 23 см, резиновое кольцо диаметром 16 см и замкнутая цепочка длиной 40 см. Диск, кольцо и цепочка подвешиваются за край, стержень - за конец.
Если подвешенное тело с помощью вращающего устройства привести во вращение с небольшой угловой скоростью, то положение оси вращения относительно тела будет совпадать с положением вертикали, проходящей через центр тяжести и точку подвеса. При медленном увеличении скорости вращения тело постепенно перейдет в новое положение и будет вращаться относительно свободной оси с наибольшим моментом инерции. Этому соответствует горизонтальное положение перечисленных выше тел, показанное на рисунке. Цепочка при этом примет форму кольца.
21.24. Вращение рамки 31 2 с грузами
Квадратная рамка из метталического прутка со стороной квадрата
40 см подвешена, как показано на рисунке.
Вдоль сторон 1 а 0и 1в 0 квадрата могут перемещаться грузы массой
200 г каждый. Через ролики 1 2 0 перекинута нить 13 0, к концам которой привязаны грузы. Нить удерживает грузы в положении, близком к роликам. Рамка приводится во вращение. Если пережечь нить, то грузы соскользнут к нижнему углу рамки. Момент инерции системы относительно оси вращения значительно уменьшится. На основании закона сохранения момента импульса угловая скорость вращения рамки возрастает.
23
.
Для того чтобы вращающаяся рамка не выбила из рук горящую спичку, надо успеть пережечь ее за время меньше четверти периода вращения. Если это не удастся, то к середине нити можно прикрепить вертикальную бумажную полоску 1 4 0, нижний конец которой опускается ниже нижнего угла рамки, и поджечь ее. Огонь по бумажной полоске поднимется до нити и пережжет ее.
21.25. Гироскопический эффект "волчок"
Демонстрационный волчок представляет собой диск из оргстекла диаметром 15 см и толщиной 5 мм. Через центр диска перпендикулярно его плоскости пропущена ось. Верхний конец оси имеет длину 8 см, нижний - 3 см. Нижний конец оси заострен.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.