2. Запишите уравнения, свзывающие угловую и линейную скорости, угловое и линейное ускорение, период и частоту.
3. Дайте определение момента инерции материальной точки. Назовите единицы измерения момента инерции.
4. Дайте определение момента силы, укажите его направление и назовите единицы измерения.
5. Что исследовалось в данной работе? Из каких заданий состоит вся работа? Как выполняется задание 1? Задание 2? Задание 3?
6. Каковы погрешности использованной в работе экспериментальной установки?
7. Какие выводы сделаны вами на основании анализа экспериментальных результатов?
8. Выполните дополнительно следующие задания контрольного характера.
8.1. Момент силы трения:По результатам задания 1
По графику 1
8.2. Момент инерции системы:По результатам вычислений
По графику 1
8.3. Момент силы: По результатам вычислений
По графику 2
Отчет по лабораторной работе № 2
«Изучение вращательного движения»
выполненной студент . . . . . курса, …...... Ф. И. ...........
группа …. «…»…………. 200...г.
Цель работы: .............................................................................................................................
Задание 1. Определение момента силы трения
m0 = …. кг, R = … м, Мтр = Н×м
Задание 2. Проверка основного уравнения динамики вращательного движения
2.1. Зависимость углового ускорения от момента действующих сил при J = const
Таблица 1
Вывод:…………………………………………………………………………………………
2.2. Зависимость углового ускорения от момента инерции при M = const
Таблица 2
r =… м Вывод: ………………………………………………………………………………………………
Дополнительная проверка достоверности результатов
Момент силы трения:По результатам задания 1 Мтр=
По графику 1 Мтр=
Комментарии:
Момент инерции системы:По результатам вычислений J =
По графику 1 J =
Комментарии:
Момент силы: По результатам вычислений М =
По графику 2 М =
Комментарии:
Лабораторная работа №3
ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Цель работы:
Углубить знания по теории гармонических колебаний; освоить методику экспериментальных наблюдений и проверить законы незатухающих гармонических колебаний на примере математического, крутильного или физического маятников; закрепить навыки обработки, оформления и представления экспериментальных результатов.
Часть I. Математический маятник
1.1. Теоретическая часть
Маятник – тело, совершающее колебательное движение под действием упругой или подобной ей, «квазиупругой» силы. Простейший маятник – массивный груз на подвесе, находящийся в поле силы тяжести. Если подвес нерастяжим, размеры груза пренебрежимо малы по сравнению с длиной подвеса и масса нити пренебрежимо мала по сравнению с массой груза, то груз можно рассматривать как материальную точку, находящуюся на неизменном расстоянии l от точки подвеса О. Такой маятник называется математическим. На груз действуют силы: натяжения нити
и тяжести , которые в положении равновесия (точка С, рис.1) компенсируют друг друга . Для возбуждения колебаний маятник выводят из положения равновесия, например, в точку С`. Теперь на него действует сила , направленная к положению равновесия и пропорциональная смещению, маятник обладает избыточной потенциальной энергией mgh по отношению к положению равновесия. Эта энергия обуславливает колебание, происходящее по дуге окружности и описываемое основным уравнением динамики вращательного движения , (1)где
- результирующий вращающий момент, модуль этого вектора равен ; - угловое ускорение, J = ml2 – момент инерции груза относительно оси ОО¢, проходящей через точку подвеса О, перпендикулярно плоскости колебаний (плоскости чертежа). Дифференциальное уравнение колебаний математического маятника в отсутствии сил сопротивления имеет вид
, (2)откуда получаем
(3) Для достаточно малых углов (j<5-6°)sinj»j(в радианах), тогда
, (4)где
. Уравнение (4) представляет собой однородное дифференциальное уравнение второго порядка. Его решением является функция
, (5)где j0 – амплитуда,a0– начальная фаза. В этом можно убедиться, подставив (5) в (4).
Из (5) следует, что угол отклонения маятника из положения равновесия изменяется по гармоническому закону. Величина
является циклической частотой собственных колебаний маятника, тогда величина
(6) - период колебаний математического маятника.1
Из выражения (6) следуют три закона колебаний математического маятника:
При малых углах отклонения (sinj»jили j<60) и в отсутствие сторонних сил
1.период колебаний не зависит от массы маятника;
2.период колебаний не зависит от амплитуды;
3.период колебаний определяется формулой
. Две из этих закономерностей подлежат проверке в данной работе.
1.2. Экспериментальная часть
Используемый в работе маятник представляет собой модель математического маятника - груз, подвешенный на тонкой нити. В работе используются не менее трех грузов, размеры которых значительно меньше длины нити (примерно как 1:50) и которые существенно отличаются по массе (примерно как 1:2:4), но близки по форме и размерам, чтобы силы сопротивления, возникающие при их движении, были примерно одинаковыми. Следует помнить, что длина маятника – это расстояние от точки подвеса до центра массы груза. Начальный угол отклонения маятника из положения равновесия не следует брать больше, чем 10-15°.
Задание 1. Проверка влияния массы математического
маятника на период его колебаний
1. Закрепив тело на подвесе, измеряют время 10 – 20 полных колебаний при возможно большей длине маятника. Повторяют измерения для других грузов. Данные заносят в таблицу 1.1 отчета.