Введение. Изучение закона динамики вращательного движения с помощью маятника обербека

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ДИНАМИКИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА

Цель работы: ознакомиться с основным законом динамики вращательного движения и динамическим методом определения момента инерции тел.

Оборудование: маятник Обербека, секундомер, штангенциркуль, линейка, набор грузов.

Введение

Согласно основному закону динамики вращательного движения для твердого тела (или неизменяемой системы материальных точек) угловое ускорение пропорционально моменту силы относительно неподвижной оси вращения и обратно пропорционально моменту инерции тела относительно той же оси:

. (1)

Моментом силы называют физическую величину, равную векторному произведению радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы: . Моментом инерции системы материальных точек относительно данной оси называют величину, равную сумме произведений массы каждой точки тела и квадрата расстояния от точки до оси: .

Физический смысл момента инерции тела становится понятным из сравнения основного закона динамики вращательного движения со вторым законом Ньютона: . Как и масса тела при поступательном движении, так и момент инерции при вращательном движении являются мерой инертности тела. Однако величина момента инерции зависит не только от массы тела, но и от ее распределения: чем дальше от оси расположены части тела, тем больше его момент инерции.

Экспериментально момент инерции тела можно определить из основного закона динамики вращательного движения (1), определяя угловое ускорение тела при различных значениях вращательного момента. Графически зависимость углового ускорения от момента силы изображается прямой в координатах (рис. 2, теор.), угловой коэффициент которой равен . Но, обычно, существует трудно учитываемый момент сил трения и зависимость не проходит через начало координат. Однако, если данные измерений и соответствующего углового ускорения тела могут быть представлены линейной зависимостью (рис. 1, эксп.), то можно сделать вывод о справедливости основного закона динамики вращательного движения.

Дата добавления: 2015-07-24