3.2 Експериментальні дослідження

Лабораторна установка (рис: 4.3) має дві сталеві кульки розташовані на біфілярних підвісах, що забезпечує їх взаємодію в одній площині. Кульки утримуються у відхиленому стані двома електромагнітами (ЕМ), обмотки яких підключаються до джерела живлення одним вимикачем. Електромагніти можуть переміщатися, їх положення фіксується гвинтами. Кути відхилення кульок від положення рівноваги відраховуються за шкалами в градусах.

Рисунок 3.2 - Лабораторна установка.

При вимкненні живлення електромагнітів, кульки починають рухатися одна до одної під дією сили тяжіння.

3.2.1 Порядок виконання роботи

1 Встановити електромагніти так, щоб кульки можна було відхилити на однакові кути α₀. Увімкнути живлення електромагнітів і відхилити кульки так, щоб вони утримувались електромагнітами при натягнутій нитці. Виміряти довжину ниток l.

2 Вимикачем вимкнути живлення електромагнітів і визначити кут відхилення α _n після декількох зіткнень (n = 2-4).

3 Повторити дослід п’ять разів .

4 Здійснити операції, вказані в п. 1 та п. 2, п'ять разів для різних значень початкових кутів відхилення α_n. Дані занести в таблицю.

3.3 Обробка результатів вимірювань

1 Обчислити за формулою (3.11) коефіцієнт відновлення швидкості К для всіх заданих початкових кутів відхилення. Знайти середнє значення К та похибки методу його вимірювання.

2. Для всіх значень початкового кута відхилення, при яких визначався К, підрахувати енергію дисипації за формулою (3.14). Знайти похибку.

3. Обчислити швидкість (V) кульки в момент удару при всіх значеннях початкового кута α₀ за формулою (3.9).

4. За отриманими даними побудувати залежність Е_а (α).

3.4 Контрольні питання та завдання

1. Що називається коефіцієнтом відновлення відносної швидкості при ударі? Як він визначається в даній роботі та від чого залежить?

2. Які закони динаміки виконуються при абсолютно пружному танепружному ударах?

3. Що називається енергією дисипації?

4. Отримайте співвідношення для визначення енергії дисипації.

5.Запишіть закон збереження енергії.

4 Перевірка основного закону динаміки обертального руху

на установці Обербека

Мета роботи: визначення моменту інерції тіла масою m_i відносно осі обертання.

4.1 Теоретичні дослідження

Фізична модель досліду зображена на рис. 4.1. Вантаж масою т падає з прискоренням а. Згідно з другим законом Ньютона:

т∙a= m∙g + ƒ_Н . (4.1)

де ƒ_н - сила натяжіння шнура, на якому закріплений вантаж т.

Сила ƒ_н приводить в рух обертальну частину установки.

ƒн=т(g-а) (4.2)

Отже, момент сили, діючий на шків,

N=rƒ_Н sіп 90° =r∙т∙(g-а)_, (4.3)

де r - радіус шківа.

Рисунок 4.1- Фізична модель досліду.

Тангенціальне прискорення точок на поверхні шківа буде, очевидно, те ж, що і прискорення падаючого вантажу m, тобто а. Спостерігаючи за падінням вантажу m, можна визначити прискорення за формулою:

а=2h / t². (4.3)

Знаючи тангенціальне прискорення точок шківа, можна визначити його кутове прискорення β за формулою а=βr. З формул (5.2) і (5.3) можна одержати формулу для визначення моменту інерції обертальної частини установки Обербека. Для моменту сили маємо:

N=rƒ_H =r∙т(g-а)=r∙т(g – 2h/t²). (4.4)

З гідно з основним законом обертового руху маємо:

N=Iβ = Iα /r=І 2h/rt². (4.5)

Отже,

I2h/r∙t² = r∙m (g–2h/t²) ( 4.6)

Звідки,

I=mr²(gt²/2h-1) (4.7)

Для системи без тіл масою m_і маємо:

I₁=mr²(g t₁²/2h-1). (4.8)

Для системи з чотирма тілами масою m_і маємо:

I₂=mr²(g t₂²/2h-1). (4.9)

Момент інерції одного вантажу т_i:

І_і=(І₂ - 1₁)/4=тr^гg(t₂²- t₁²)/8h (4.10)