Описание установки и метода измерений. Маховик состоит из диска 1 и шкива 2, насаженных на вал (рис

 

Маховик состоит из диска 1 и шкива 2, насаженных на вал (рис. 1). Вал может вращаться около горизонтальной оси OO'. На шкив намотана нить, к свободному концу которой подвешен груз 3.

При падении груза маховик начинает вращаться с угловым ускорением b.

Результирующий момент, создающий это ускорение, складывается из момента М _н силы натяжения нити и момента М _тр силы трения в подшипниках вала. Так как направления этих моментов противоположны, то уравнение (1) можно представить в виде

 

. (2)

 

Если момент инерции маховика и момент силы трения остаются постоянными, то зависимость углового ускорения от момента силы натяжения линейная и графически изображается прямой линией (рис 2).

Из уравнения (2) следует, что при покоящемся маховике (b=0) М _н = М _тр. Только когда момент силы натяжения становится больше максимального момента силы трения покоя, маховик начинает вращаться равноускоренно. Прямая на графике пересекает ось абсцисс (рис. 2) в точке, которая определяет М _тр. Угловое ускорение маховика b можно найти, зная тангенциальное ускорение a _t точек боковой поверхности шкива, которое равно ускорению a падающего груза:

 

, (3)

 

где r и D - радиус и диаметр шкива.

Так как груз движется из состояния покоя равноускоренно, то

 

, (4)

 

где h – путь, пройденный грузом за время t.

Подставив выражение (4) в уравнение (3), получим формулу, по которой можно рассчитать на опыте угловое ускорение маховика

 

. (5)

 

Модуль момента силы натяжения числено равен произведению силы натяжения F _н на плечо силы, которое является радиусом шкива:

.

Силу натяжения нити найдем, рассматривая движение груза3. На него действуют сила тяжести P и сила реакции нити F ₁. По второму закону Ньютона , где m - масса подвешенного к нити груза.

Учитывая, что сила натяжения нити, действующая на шкив и сила реакции, действующая на груз, одинаковы по величине (F _н = F ₁), получим

 

.

 

Тогда

. (6)

 

Подставив в уравнение (6) выражение (4) для ускорения a, получим формулу

, (7)

 

по которой можно рассчитать на опыте момент силы натяжения нити, действующей на маховик.