Порядок выполнения работы. 3.1. Получите у лаборанта набор из шести элементарных грузов

3.1. Получите у лаборанта набор из шести элементарных грузов. Масса каждого из них указана на нём или её вам сообщит лаборант. Элементарные грузы можно подвешивать к нити один за другим в виде цепочки (см. рисунок 3.1), для чего у нити есть колечко, а у каждого из грузов – крючок и колечко. Только у одного элементарного груза нет колечка, он должен быть нижним в цепочке. Для начала именно его надо прикрепить к нити.

3.2. Измерьте штангенциркулем радиус барабана R, результат запишите в таблицу 3.1.

3.3. Вращая маятник за один из его стержней, поднимите груз на высоту примерно 70 – 100 см от пола и измерьте линейкой эту высоту. Значение массы груза m и высоту его подъёма h запишите в таблицу 3.1. Обратите внимание: высота подъёма груза h – это расстояние между нижней точкой груза и полом.

3.4.

Рис. 3.1. Структура груза

Плавно, без толчка отпустите стержень, предоставив грузу опускаться вниз, а маятнику вращаться. Одновременно включите секундомер.

3.5. В момент падения груза на пол остановите секундомер и запишите его показание в таблицу 3.1.

3.6. Проделайте пункты 3.3 – 3.5 ещё 5 раз, предварительно увеличивая массу груза, то есть добавляя каждый раз в цепочку грузов ещё один элементарный груз.

3.7. Заполните таблицу 3.1. При этом значения ускорения груза a в каждом из опытов следует вычислять по формуле (2.7), значения углового ускорения груза e – по формуле (2.5), значения момента M ₁ силы натяжения нити – по формуле (2.15). Как оценить погрешности измерений D(a), D(e) и D(M ₁), написано в пункте 5.

Таблица 3.1. Зависимость углового ускорения e маятника Обербека
от момента M ₁ силы натяжения нити

Номер опыта	m	h	t	a	e	M 1	D(a)	D(e)	D(M 1)
кг	м	с	м/c^2	рад/c^2	Н×м	м/c^2	рад/c^2	Н×м
Радиус барабана R =

3.8. На основании данных таблицы 3.1 постройте график экспериментальной зависимости углового ускорения маятника e от момента M ₁ силы натяжения нити.

· Выделите для графика не менее половины страницы.

· Выберите подходящий масштаб, имея в виду, что по горизонтальной оси (оси абсцисс) надо откладывать значения M ₁, а по вертикальной оси (оси ординат) – значения e. В качестве начала координат следует выбрать точку (0; 0).

· Нанесите на график экспериментальные точки в виде не закрашенных кружочков диаметром примерно 2 мм.

· Нанесите на график планки погрешностей. Это значит, что надо от каждой экспериментальной точки отложить влево и вправо отрезок длиной D(M ₁), а затем отложить вверх и вниз отрезок длиной D(e).

·
Проведите по линейке экспериментальную прямую – так, чтобы она пересекла планки погрешностей всех экспериментальных точек и при этом прошла наиболее близко ко всем точкам. Линию следует продолжить до пересечения с осью абсцисс (вдоль этой оси откладывается M ₁). Образец показан на рисунке 3.1.

3.9. Определите значения момента силы трения в подшипниках барабана M _т и момента инерции маятника Обербека I.

Для этого отметьте на экспериментальной прямой две точки 1 и 2. Точка 1 – это точка пересечения экспериментальной прямой с осью абсцисс. Как указано в пункте 3, абсцисса этой точки даёт значение M _т. Для примера, показанного на рисунке 4.1, получается: M _т = 0,04 Н×м.

Точку 2 надо выбрать справа от всех экспериментальных точек, в любом удобном месте. Координаты точек 1 и 2 позволяют измерить угловой коэффициент прямой линии k, а затем по формуле (2.19) определить значение I. Для примера на рисунке 4.1, получается:

.

Графики можно строить, используя современные компьютерные программы. Например, график на рисунке 4.1 построен с помощью EXCEL. Программа сама провела по точкам экспериментальную линию (линию тренда) и выдала её уравнение: y = 30,28 x – 1,129. Из этого уравнения видно, что . Данное значение углового коэффициента несколько отличается от , но это отличие недостоверно, так как оно меньше погрешности, с которой определяется значение k как первым, так и вторым способами.

3.10. Сформулируйте выводы.

Дата добавления: 2015-07-19