21.18. Маятник Обербека
Маятник Обербека - это два взаимно перпендикулярных стержня, жестко закрепленных на барабане, ось вращения которого расположена горизонтально.
На стержни насажены одинаковые грузы. Расстояние между грузами и осью вращения может быть разным, и, следовательно, может изменяться момент инерции. На общей оси с барабаном расположены два шкива разного диаметра. На шкив может быть намотана нить, к концу которой привязан груз.
С помощью маятника Обербека удобно демонстрировать проявление основного закона динамики вращательного движения. Согласно этому закону угловое ускорение тела пропорционально приложенному моменту силы и обратно пропорционально моменту инерции. Об угловом ускорении можно судить по времени опускания груза на заданное расстояние. Чем больше угловое ускорение, тем меньше время опускания.
Если при постоянном моменте силы увеличивать расстояние между грузами на крестовине и осью вращения, то момент инерции увеличивается, угловое ускорение уменьшается, время опускания увеличивается. Момент силы определяется выражением
1M 0 = 1m 0( 1g 0- 1a 0) 1R 0, где 1m 0 - масса подвешенного на нити груза; 1a 0 - линейное ускорение, с которым опускается груз; 1R 0 - радиус шкива.
Момент силы можно считать постоянным, если выполняется условие
1a 0 << 1g 0. В этом случан 1 M 7~ 1mgR 0. Для достижения этого условия грузы
m подбираются так, чтобы время опускания составляло 3...15 с, что значительно меньше времени свободного падения.
Если при постоянном моменте инерции (фиксированном расстоянии закрепленных на крестовине грузов от оси вращения) увеличивать момент силы, то угловое ускорение возрастает, время опускания уменьшается. Момент силы можно изменять двумя способами. Во-первых, можно изменять массу опускаемого груза, во-вторых, можно шнур на18
.
матывать на шкивы разных диаметров. Все эти опыты могут быть выполнены на имеющейся установке.
Время опускания можно определить по секундомеру. Качественно увеличение или уменьшение времени опускания можно замерить и без секундомера, если это изменение достаточно велико.
21.19. Демонстрация закона сохранения импульса с помощью скамьи
2Жуковского
Скамья Жуковского представляет собой круглую горизонтальную платформу, которая может вращаться относительно вертикальной оси. На платформе укреплена круглая табуретка, ось которой совпадает с осью платформы.
На эту табуретку садится демонстратор.
Для этой цели можно также пригласить студента. Возможны следующие варианты демонстрации закона сохранения момента импульса:
1. Демонстратор берет в руки гантели (или гири) массой в несколько килограммов и разводит их в стороны. Другой человек раскручивает систему скамья - демонстратор - гантели до угловой скорости, соответствующей 1...1,5 об/с. После этого сидящий на скамье демонстратор приближает руки с гантелями к туловищу, уменьшая тем самым момент инерции. В силу проявления закона сохранения момента импульса угловая скорость вращения системы возрастает.
2. В этой демонстрации кроме скамьи Жуковского применяется велосипедное колесо, насаженное на ось, в качестве которой используется стержень длиной около 1 м. Для увеличения момента инерции этого колеса его утяжеляют на 5-6 кг, наматывая на обод проволоку.
Демонстратор садится на скамью и держит колесо над головой так, чтобы ось вращения была вертикальной. Ось держит в одной руке.
Первоначально система покоится. Затем демонстратор второй рукой раскручивает колесо. В соответствии с законом сохранения момента импульса скамья с демонстратором приобретают вращение в противоположном направлении.
3. Демонстратор сидит на скамье и держит велосипедное колесо над головой так, чтобы ось была вертикальной. Второй человек раскручивает колесо, одновременно удерживая платформу от вращения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.