1. Расчеты

1. Рассчитать среднее значение показаний гальванометра n₀.

2. Рассчитать среднее значение показаний гальванометра n₁ для каждого угла.

3. По формуле (4) рассчитать время соударения шаров для каждого угла.

4. По формуле (10) рассчитать скорости шаров в момент удара для каждого угла.

5. По формуле (17) рассчитать массу шарика.

6. По формуле (16) рассчитать среднюю силу соударения шаров для каждого угла.

2. Защита работы (ответы представить в письменном виде)

1. Какой удар называется абсолютно упругим? Какие законы сохранения при-менимы к абсолютно упругому удару шаров?

2. Сформулируйте закон сохранения импульса и закон сохранения механиче-ской энергии.

3. Какие законы сохранения применимы к неупругому удару шаров?

4. Сделайте вывод по результатам работы.

58

Механика

Описания лабораторных работ

ПРОТОКОЛ

измерений к лабораторной работе №8

Выполнил(а)_____________________

Группа__________________

Параметры установки: R = ____ Ом;

l = ____м;

С =______мкФ;

U = ____ В.

Радиус шарика r=______м,

Плотность материала шарика ρ=______кг/м3.

№

n0

п/п

1

2

3

среднее

№

α

n1

α

n1

α

n1

п/п

1

5°

10°

15°

2

3

среднее

Дата________ Подпись преподавателя___________________

59

Механика Описания лабораторных работ

Лабораторная работа № 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ МЕТОДОМ ЛЕНТОЧНОГО ТОРМОЗА

Цель работы – исследовать зависимость мощности, развиваемой электро-двигателем на валу, от угловой скорости.

Приборы и принадлежности: электродвигатель, динамометр, счетчик оборотов, штангенциркуль, секундомер.

Описание экспериментальной установки

Прибор представляет собой коллекторный электродвигатель мощностью около 40 Вт, рассчитанный на рабочее напряжение 220 В, смонтированный на горизонтальной панели.

На панели установлены: стойка с продольной прорезью (по стойке пере-мещается планка с прикрепленными к ней двумя динамометрами), держатель шкалы счетчика оборотов и реостат.

Шкив охватывается ленточным тормозом, концы которого связаны с ди-намометрами, имеющими две шкалы. Ось электродвигателя выходит за торец шкива и имеет фрикционное соединение со счетчиком оборотов. Конструкция держателя дает возможность включить счетчик путем перемещения его в не-больших пределах вдоль оси электродвигателя. Шкала счетчика имеет 100 де-лений. Каждое деление соответствует двум оборотам электродвигателя.

Поворотом верхнего кольца шкалы можно устанавливать указатель на нулевое деление шкалы.

Внимание! В процессе выполнения работы необходимо проявлять осо-бую осторожность, в связи с тем, что:

1. шкив вращается с большой скоростью;

2. на реостат подано напряжение 220 В.

Общие положения

Элементарная работа, совершаемая при вращательном движении, равна скалярному произведению момента внешних сил на элементарное угловое пе-ремещение:

r	(1)
dA = M ⋅ dϕ,

где M − момент внешних сил; dϕ − элементарное угловое перемещение.

Мощность – скалярная физическая величина равная скорости совершения работы

P = dA .	(2)
dt

Подставим (1) в (2), получим:

60

Описания лабораторных работ					Механика
	r		dϕ	r r
	P = M			= M ω,	(3)
			dt
r	r
	dϕ
где ω = dt − угловая скорость.
	Из формулы (3) следует, что мощность пропорциональна моменту М
внешних сил.
	На шкив действует вращающий момент M Д , создаваемый электродвига-
телем и тормозящий момент M Т , создаваемый ленточным тормозом. Момент
внешних сил будет равен:
	M = M Д − MТ .				(4)
r	Согласно основному уравнению	динамики вращательного			движения
M = J εr. Шкив вращается равномерно,		следовательно, его угловая скорость

ω=const, а угловое ускорение ε = 0. Отсюда следует, что M = 0 . Уравнение (4) примет вид: M _Д − M_Т = 0 , т.е.

M Д = MТ .

(5)

Тормозящий момент M Т создается силами натяжения F1 и F2

ленточного

тормоза. Плечом сил является радиус шкива R. Следовательно,

MТ =

F2 R − F1R

.

(6)

Сравнивая (5) и (6), запишем:

M Д = R ⋅

F2 − F1

.

(7)

За время t шкив совершает N оборотов, поэтому угловая скорость

ω =

2πN

.

(8)

t

Подставив выражения (7) и (8) в соотношение (3), и учитывая, что 2R=d, где d − диаметр шкива, получим формулу для расчета мощности, развиваемой

электродвигателем на валу:
P =	πd N ⋅		F2 − F1			.	(9)
		t

Подготовка к работе

(ответы представить в письменном виде)

1. В чем состоит цель работы?

2. Какие физические величины измеряются непосредственно (прямые измере-ния)?

3. По какой формуле Вы будете рассчитывать угловую скорость?

61

Механика Описания лабораторных работ

4. По какой формуле Вы будете рассчитывать мощность на валу электродвига-теля. Поясните смысл обозначений, входящих в формулу.

4. Какой график необходимо построить по результатам работы?

Выполнение работы

1. Измерить диаметр d деревянного шкива штангенциркулем.

2. Установить и закрепить планку с динамометрами таким образом, чтобы указатели динамометров показывали нагрузку на шкив 0,5 Н.

3. Установить реостат в среднее положение.

4. Включить прибор в сеть.

5. Снять показания динамометров F₁ и F₂ .

6. Измерить время, за которое двигатель совершает 500 оборотов. Для этого в момент совпадения нулевого деления шкалы счетчика с указателем кольца включить секундомер. После того, как счетчик сделает 2,5 оборота, секун-домер выключить.

7. Выключить двигатель (не изменяя положение реостата). Переместить дина-мометры на 0,2 Н, чтобы нагрузка на шкив увеличилась, и снова выполнить пункты 4, 5, 6.

8. Повторить измерения еще 7 раз, каждый раз увеличивая нагрузку на 0,2 Н.

Оформление отчета