Література

1. Воловик П.М. Фізика: Підручник для університетів. – К.: Ірпінь: Перун, 2005. – 864с. – с.27 – 40, 95 – 117

2. Кучерук І.М. і ін. Загальний курс фізики: Т.1: Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка. – К.: Техніка, 1999. – 536 с. – с.57 – 63, 86 – 105.

3. Зачек І.Р. і ін. Курс фізики. – Львів: Бескид Біт, 2002. – 376с. – с.16 – 24.

30

Допущений до виконання лабораторної роботи

«_____»____________ викладач _____________ Виконав експериментальні дослідження

«_____»____________ викладач _____________ Захистив звіт з лабораторної роботи

«_____»____________ викладач _____________

Лабораторна робота №5 Тема: Дослідження гіроскопічного моменту.

Мета: 1. Формувати уміння проводити експериментальні дослідження.

2. Формувати переконання в дієвості законів кінематики та динаміки обертального руху.

Обладнання: лабораторний стенд, пристрій лабораторний «Гіроскоп» ФМ-18М (пристрій «Гіроскоп» ФМ-18М, електронний блок ФМ18, вантаж

m

в

 0,209кг).

Міри безпеки

1. До роботи з пристроєм лабораторним «Гіроскоп» ФМ-18М допускаються особи, ознайомлені з його будовою, принципом дії, мірами безпеки та отримавші допуск викладача до виконання лабораторної роботи.

2. Пристрій повинен бути заземленим.

3. До рухомих частин гіроскопу не прикладати різких і великих зусиль.

4. Гранична частота обертання маховика гіроскопу не повинна перевищувати 100Гц.

5. Час неперервної роботи двигуна гіроскопу – 30 хв, перерва – 15хв.

6. Пристрій вмикати тільки на час перевірки його працездатності та досліджень

7. При виявленні неполадків, виконання лабораторної роботи припинити, пристрій вимкнути (вимкнути вимикач 1-SF1 на лабораторному стенді) та повідомити викладача.

Завдання 1. Визначити момент інерції гіроскопу.

2. Дослідити залежність максимального гіроскопічного моменту від

кутової

M_Г.max 

швидкості обертання гіроскопу навколо вертикальної вісі ^f ^_Г ^.

31



3. Дослідити залежність максимального

частоти обертання маховика гіроскопу M_Г.max 

гіросколпічного моменту від ^f  ^.

4. Дослідити залежність гіроскопічного моменту від кута між вектором

моменту імпульсу (віссю гіроскопу) і вектором кутової швидкості обертання ^{гіроскопу (вертикальною віссю) M}_Г ^{ f} ^^.

Виконаня експериментальних досліджень

1



. Натискуючи кнопки регулювання швидкості обертання  маховика гіроскопу «Частота +» і «Частота –» встановити граничну частоту його _{обертання} *** _{, вказану в таблиці 1, дослідження 1. Почекати доки дійсна}

_{частота обертання}  _{*** маховика не зрівняється з граничною.} 2. Обережно притримуючи гіроскоп:

– розмістити на стержні 7 або 11 вантаж 10;

– переміщаючи вантаж сумістити площину його, віддаленої від електродвигуна, основи з міткою n на стержні;

– зафіксувати вантаж гвинтом 9.

Примітка: суміщення площини, віддаленої від електродвигуна, основи

вантажу з відповідною міткою n на стержні гіроскопу, забезпечує розміщення ^{центру маси вантажу на відстані l }^{0,030,01n}^{м від центру карданного}

підвісу. Номер n мітки (рахуючи від електродвигуна) і номер положення вантажу на стержні (згідно таблиці 1) – співпадають.

3. Обережно, повільно встановити стержні гіроскопу горизонтально, відпустити гіроскопічний вузол і короткочасно натиснути кнопку «Пуск/стоп-сброс» на електронному блоці.

4. За показами індикаторного табло визначити кутову швидкість обертання _Г (прецесії) гіроскопічної системи навколо вертикальної вісі, та записати в таблицю 1.

5. Виконати пункти 2 – 4 при інших положеннях n вантажу, згідно

таблиці 1.

6. Послідовно встановлюючи частоту обертання  маховика гіроскопу,

згідно таблиці 1 (інші дослідження),для кожного випадку виконати пункти 1 – 5. 7. Результати експериментальних досліджень показати викладачеві.

Після затвердження викладачем результатів експерименту, вимкнути вимикач 1-SF1, вийняти вилку шнура блоку ФМ18 з розетки та привести обладнання в початковий стан.

32

m

2

J 

Таблиця 1

Задане викладачем		Виміряне						Середнє значення JС 
№ досліду	 , Гц	n – положення вантажу		1	2	3	4		5
		l 0.030.01n	м	0,04	0,05	0,06	0,07		0,08
		MГ.max  MЗ  вgl	H м
		MГ.max Г	кг м2
1	30	Г	с1
2	40	Г	с1
3	50	Г	с1
4	60	Г	с1
5	70	Г	с1

П

в

м

римітка: m  0,209кг, g 9,81_с2 – прискорення вільного падіння.

Виконання розрахунків та побудова графіків.

¹

M



2

Г

. ^{Використовуючи формулу (35) J } Г.max ^{та експериментальні} значення M_Г.max , _Г ,  , з таблиці 1 (значення  – вказується викладачем), для кожного положення вантажу, розрахувати момент інерції маховика гіроскопу. Знайти середнє значення моменту інерції J_C .

Результати розрахунків записати у відповідні графи таблиці 1.

2. Використовуючи експериментальні значення M_Г.max та _Г , для кожного дослідження (кожного  ) побудувати графік залежності

^M_Г.max ^{ f} ^_Г ^{. Графіки будувати на одних осях координат (Мал.4).}

Н

M

 м

Г.max ,

_Г ,с^1

Мал. 4 – Залежність максимального гіроскопічного моменту M_Г.max від ^{швидкості обертання }_Г ^{гіроскопічного вузла M}_Г.max ^{ f} ^_Г 

³



. ^{Побудувати графік залежності M}_Г.max ^  ^{при сталій }_Г ^.

^Д



ля ^{побудови графіків залежностей M}_Г.max ^  ^(_Г ^{– стала)}

необхідно:

34

– на мал.4 проти поділки _Г (задається викладачем) провести вертикальну лінію;

– визначити значення M_Г в точках перетину вертикальної лінії з ^{графіком M}_Г ^{ f} ^_Г ^{, та записати їх в таблицю 2;}

–



використовуючи дані таблиці 2, побудувати графік залежності ^M_Г.max ^{ f}   ^{(Мал. 5).}

Таблиця 2

Г  ,с1					Задане викладачем (див. табл. 1)
Визначене графічно
	Гц	30	40	50		60	70
MГ.max	Н м

Н

M

 м

Г.max ,

,Гц

М



ал.5 – Залежність максимального гіроскопічного моменту M_Г.max від частоти ^{обертання  маховика гіроскопу M}_Г.max ^{ f}   ^{при сталій }_Г

^{4. Побудувати графік залежності M}_Г ^{ f} ^^.

^{Для побудови графіку залежностей M}_Г ^{ f} ^ ^{необхідно:}

35

– використовуючи формулу (35) M_Г  M_Г.max sin , розрахувати M_Г при кутах  , приведених в таблиці 3 (положення вантажу, обертовий момент

M_Г.max якого використовується при розрахунках, вказується викладачем в таблиці 1);

– результати розрахунків записати в таблицю 3;

– використовуючи дані таблиці 3, побудувати графік залежності ^M_Г ^{ f} ^ ^(Мал.6).

Таблиця 3.

MГ.max  Нм	Задане викладачем (див. табл. 1.)
Розраховане
	град.	0	30	60	90	120	150	180
MГ  MГ.max sin	Н м
	град.	210	240	270	300	330	360
MГ  MГ.max sin	Н м

M

Г

, Н  м

,град.

Мал.6 – Залежність гіроскопічного моменту M_Г від кута  між вектором моменту імпульсу L (віссю) гіроскопа і віссю обертання _Г (вертикальна вісь) гіроскопічного вузла

36