2.2Порядок виконання роботи

1. Перевірити справність роботи електричного секундоміру і електромагнітного гальма: секундомір і гальмо повинні включатись і виключатись синхронно.

2. Виміряти штангенциркулем діаметр вибраного для роботи шківа.

Спочатку досліди проводять без додаткових тягарців на стержнях маятника. Будемо позначати момент інерції маятника в цьому випадку J_0.

3. Підвісити тягарець масою 100 г на нитку і, звільнивши гальмо, акуратно намотати нитку на шків, піднімаючи вантаж до нульової позначки на вертикальній шкалі. Зафіксувати важки в цьому положенні гальмом. Встановити секундомір в нульове положення.

4. Вибрати на вертикальній шкалі позначку, розташовану на h ~ 100…120 см нижче нульової (верхньої) позначки, і, натиснувши на кнопку секундоміру, звільнити маятник. Спостерігаючи рух важків, відпустити кнопку секундоміру в той момент, коли важки зрівняються з вибраною позначкою. Записати в таблицю час руху t і висоту h. Повторити дослід 2 – 3 рази, звертаючи увагу на відтворюваність результатів вимірювань.

5. Змінити масу важків на нитці, додавши ще один тягарець, і повторити вимірювання, вказані в п.п.4,5. Масу важків на нитці вибирати рівною 100, 200 та 300 г. Висоту h в усіх дослідах зручно вибирати однаковою. За одержаними даними розрахувати момент інерції J₀ маятника (формула 2.6). При цьому для кожного певного значення маси важків на нитці можна брати середній час руху.

Далі досліди проводять з додатковими тягарцями на стержнях маятника. Будемо позначати момент інерції маятника в цьому випадку J_.

6. Визначити маси m' додаткових тягарців для закріплення на стержнях маятника. Змінити момент інерції маятника, закріпивши додаткові тягарці на стержнях на деяких однакових відстанях R від осі обертання (рисунок 2.1, а). Домогтися того, аби маятник був збалансований, тобто перебував в байдужій рівновазі при звільненні гальма. Виміряти R масштабною лінійкою.

7. Повторити серію дослідів відповідно п.п. 3 – 5. Дані записати в таблицю.

8. Обчислити момент інерції J для кожної маси важків на нитці.

9. За результатами розрахунків оцінити точність експериментального визначення моменту інерції маятника. Підрахувати абсолютну та відносну похибки вимірювань величини J₀ та J. Зробити висновки.

Момент інерції маятника з додатковими тягарцями можна розрахувати також за формулою:

J₁ = J₀ +3m¢·R², (2.7)

розглядаючи додаткові тягарці як матеріальні точки. Через J₁ тут позначено момент інерції маятника з додатковими тягарцями, одержаний розрахунковим шляхом.

10. Знайти за формулою (2.7) момент інерції маятника з додатковими тягарцями в кожному досліді. Порівняти одержані таким чином результати з відповідними результатами, розрахованими за формулою (2.6).

11. Розрахувати похибки вимірювань і записати кінцевий результат. Зробити висновки.

Контрольні запитання

1. Сформулюйте закон динаміки обертального руху тіла навколо нерухомої осі. В чому полягає аналогія між цим законом та другим законом Ньютона?

2. Як за одержаними експериментальними результатами, перевірити справедливість закону динаміки обертального руху тіла навколо нерухомої осі?

3. Що називається моментом сили відносно осі? В яких випадках сила не створює моменту відносно осі?

4. Що називається моментом інерції тіла відносно осі? Чи зміниться момент інерції тіла, якщо перейти до нової осі обертання?

5. Що називається кутовим прискоренням? Як визначається кутове прискорення маятника в даній роботі?

6. Чи буде однаковий за величиною момент сили натягу нитки у випадках, коли: а) – маятник загальмовано; б) – маятник звільнено?