Студопедия — Описание прибора и метода
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Описание прибора и метода






 

В состав прибор входит маховое колесо, вал и шкив, отсчетная линейка (рис. 2). Колесо жестко связано со шкивом и вместе они могут вращаться на валу. На поверхность шкива наматывается нить, к концу которой прикреплен груз массой т.

Под действием силы тяжести груз опускается, маховик при­ходит в движение. Груз, действуя по касательной к окружности шкива, создает постоянный вращающий момент, под действием которого маховое колесо будет равноускоренно вращаться. Если в результате движения до полного разматывания шнурка груз проходит расстоя­ние h, то это означает, что в на­чальный момент движения система обладала запасом потенциаль­ной энергии ЕП = mgh. Потен­циальная энергия расходуется на преодоление силы трения Fтр. и увели­чение кинетической энергии системы:

(6),

 

где А’тр.1=А∙ N1 — работа по преодолению силы трения за N1 оборотов колеса (А’тр.1 > 0), A - работа по преодолению трения за 1 оборот. Работа силы трения всегда зависит от пройденного расстояния.

- кинетическая энергия груза в конце пути,

- кинетическая энергия махового колеса в тот же момент времени.

 

N1 – число оборотов за время падения груза.

 

Уравнение (6) связывает начальное и конечное состояния системы «маховое колесо-груз»: “груз на высоте h, груз и колесо покоятся” и “груз на нулевом уровне, имеет скорость, и колесо вращается”.

Силу трения можно вычислить, исходя из следующих соображе­ний. В момент достижения грузом пола, нить к которой он привязан, спадает со шкива, а маховое колесо продолжает вращаться до тех пор пока его кинетическая энергия не будет израсходована на работу по преодолению трения. Вращаясь после падения груза, маховое колесо совершает до полной остановки N2 оборотов за время t. Убыль кинетической энергии равна работе по преодолению силы трения:

(7), где А’тр.2 — работа по преодолению силы трения за N2 оборотов колеса. С другой стороны по основному закону динамики вращательного движения: (8), где и , где rв - радиус конической поверхности, по которой действует сила трения (внутренний радиус шкива или радиус вала). Отсюда, зная I можно оценить силу трения.

Покажем, как можно экспериментально определить момент инерции махового колеса. Из (7) выразим А и подставим в (6):

(8), или

(9).

Так как и , где t – время падения груза с высоты h, r – наружный радиус шкива (радиус поверхности, с которой сматывается нить!!!), уравнение (9) примет вид: .

Откуда Þ (10)

Если N – число оборотов от начала движения до полной остановки колеса, то N2=N-N1, Þ r -?.

 

Вопросы к допуску:

 

1) Что такое момент инерции? В каких единицах он измеряется?

2) Когда говорят о вращательном движении? Дать определение.

3) Какова связь линейных и угловых величин?

4) Можно ли считать движение груза равноускоренным? Является ли оно таковым в реальности? Какие пренебрежения имеют место по ходу вывода расчетной формулы?

5) Записать расчетную формулу и пояснить все входящие в нее величины. Как по ходу работы вы будете получать их значение?

6) Что еще надо измерить, чтобы стало возможной оценка величины силы трения? О какой силе трения здесь идет речь? Между какими поверхностями она действует?

7) Расскажите об устройстве прибора.

8) Радиусы каких сечений используются при расчете в работе?

Содержание экспериментальных заданий

Задание 1. Определение момента инерции махового колеса.

1) Измерить штангенциркулем диаметр шкива и определить его радиус r.

2) Измерить расстояние h от нижней части висящего груза до пола. Рекомендуется не менять по ходу выполнения всего задания.

3) Измерить время t падения груза секундомером.

4) Подсчитать число оборотов N колеса от начала вращения до остановки и число оборотов N1 до падения груза.

5) Момент инерции вычислить по формуле (10) в системе СИ.

6) Проделать опыт несколько раз, занося результаты отдельных отсчетов в таблицу 1.

m, кг r, м h, м t, с N1 N N2 I, кг∙ м2
1.                
2.                
3.                

7) Оценить погрешность результата, как косвенного измерения.

8) Записать полученный результат с указанием границ погрешности.

Задание 2. Оценка величины силы трения между валом и шкивом.

1) Измерить диаметр вала и вычислить его радиус .

2) Вывести формулу для силы трения в используемом приборе на основе положений, приведенных выше.

3) Произвести расчеты и ее момента .

4) Сравнить по величине вращающие моменты сил, действующих на маховое колесо при ее вращении по заданию 1.

5) Сделать вывод.

 

Вопросы к отчету.

 

1. Что называется моментом инерции точки и тела относительно оси вращения? От чего зависит момент инерции тела? Какую роль он играет во вращательном движении?

2. Запишите основной закон динамики вращательного движения.

3. Как он запишется применительно к маховому колесу до и после падения груза? Какие силы обеспечивают вращение махового колеса в каждом из этих случаев?

4. Приведите план вывода формулы для расчета момента инерции однородного диска.

5. Каким будет движение махового колеса при отсутствии трения?

6. Назвать вид движения маховика и груза, подвешенного к нити. Записать кинематические и динамические уравнения движения груза и маховика.

7. Сформулируйте закон сохранения и изменения механической энергии.

8. Вывести расчетную формулу.

9. Вывести формулу для момента инерции маховика без учета силы трения.

 

Лабораторная работа № 2.4.

Определение момента инерции тел различной формы

методом крутильных колебаний.

Цель работы: экспериментальное определение момента инерции образцов методом трифилярного подвеса и проверка теоремы Штейнера.

Приборы и принадлежности: трифиляр, секундомер, штангенциркуль, масштабная линейка, весы, образцы для измерения.







Дата добавления: 2014-10-29; просмотров: 1708. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Реформы П.А.Столыпина Сегодня уже никто не сомневается в том, что экономическая политика П...

Виды нарушений опорно-двигательного аппарата у детей В общеупотребительном значении нарушение опорно-двигательного аппарата (ОДА) идентифицируется с нарушениями двигательных функций и определенными органическими поражениями (дефектами)...

Особенности массовой коммуникации Развитие средств связи и информации привело к возникновению явления массовой коммуникации...

Тема 2: Анатомо-топографическое строение полостей зубов верхней и нижней челюстей. Полость зуба — это сложная система разветвлений, имеющая разнообразную конфигурацию...

Виды и жанры театрализованных представлений   Проживание бронируется и оплачивается слушателями самостоятельно...

Что происходит при встрече с близнецовым пламенем   Если встреча с родственной душой может произойти достаточно спокойно – то встреча с близнецовым пламенем всегда подобна вспышке...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.008 сек.) русская версия | украинская версия