- •Калининградский Государственный университет
- •Габаритные размеры:
- •Подготовка изделия к работе
- •Порядок выполнения работы.
- •Техническое обслуживание.
- •Лабораторная работа № 2
- •Устройство и принцип работы.
- •Лабораторная работа № 3 Лабораторная установка "Маховик"
- •Устройство и принцип работы.
- •Порядок выполнении работы.
- •Обработка результатов измерений.
- •Лабораторная работа № 4 Лабораторная установка "Наклонная плоскость"
- •Устройство и принцип работы.
- •Вывод расчетных формул.
- •Подготовка изделия к работе.
- •Порядок выполнения работы.
- •Обработка результатов измерений.
- •Лабораторная работа № 5 Определение объёма, плотности тела, вычисление погрешностей.
- •Измерение толщины металлического параллепипеда микрометром.
- •Контрольные вопросы.
- •Вычисление плотности прямоугольного бруска.
- •Лабораторная работа № 6
- •Теория трифилярного подвеса
- •Проверка теоремы Штейнера методом крутильных колебаний.
- •Измерения.
- •Лабораторная работа № 7 Определение модуля сдвига при помощи крутильных колебаний.
- •Описание экспериментальной установки.
- •Лабораторная работа № 8 Исследование прямолинейного движения тел в поле тяжести на машине Атвуда
- •5. Литература.
Теория трифилярного подвеса
Схема трифилярного подвеса приведена на Рис 6.
Подвижная платформа Р' подвешена к платформе Р на трех симметрично расположенных нитях АА' , ВВ'. , СC'. -Платформа Р позволяет возбудить в. системе крутильные колебания. Вращательный импульс, необходимый для начала крутильных колебаний, сообщается платформе путем специального приспособления, которое находится сверху прибора, приводящего в движение рычажок, связанный с диском. Этим достигается почти полное отсутствие других крутильных колебаний, наличие которых затрудняет измерения. Для удобства отсчета колебаний на платформе имеется метка, против которой при покоящейся платформе устанавливается указатель - проволока на штативе.
При
повороте нижней платформы Р' (относительно
верхней) вокруг вертикальной оси на
некоторый угол
возникает момент сил, стремящийся
вернуть платформу в положение равновесия.
Если пренебречь трением, то на основании
закона сохранения энергии для колеблющейся
системы можно записать:
, (1)
где
- кинетическая энергия системы,
-
потенциальная энергия системы,I
- момент инерции платформы вместе с
исследуемым телом, М
- масса платформы с телом, z0
-начальная координата

Рис. 6.
точки О' (при (=0), z - координата точки О при текущем значении . Точкой обозначено дифференцирование по времени.
Как следует из рис. 1., координаты точки С в системе координат (x,y,z) равны (r,0,0), а точка С' имеет координаты (Rcos0 ,Rsin0, Z), где 0-максимальный угол отклонения. Расстояние между точками С и С’ равно длине нити l , Записывая l через значение ее координат ( l2=x2+y2+z2, где x2=(Rcos0-r)2, y2=( Rsin0)2, z2=z2), получим:
(R cos0 - r)2+ (R sin0)2+ z2=l2
z2=l2-R2-r2+2Rrcos0=Z02-2Rr(1-cos0),
так как Z2=l2-(R-r)2= l2-R2+2Rr-r2.
Учитывая, что для малых углов отклонения 0 cos0 1-02/2 , получим
Z2=Z02-Rr0 (2)
Приравнивая корень из выражения (2), найдем, что при малых углах
(3)
Из
(3) следует, что
, (4).
т.к. Z0=l. Считая, что платформа совершает гармонические колебания, можем записать зависимость углового смещения в виде:
, (5)
где
0
-
амплитуда отклонения, Т
- период колебания, t
- текущее время. Угловая скорость,
являющаяся первой производной по
времени, выражается так:
(6)
В момент прохождения через положение равновесия
t=0, T/2,T,3T/2, ….(т.к. cos(2/T) = 1 ),
абсолютное значение этой величины будет
, (7)
На основании вышеизложенного (выражений (1) и (7)) имеем
(8)
Подставляя в (8) выражение (4), получим
![]()
откуда
(9)
По формуле (9) может быть определен момент инерции платформы и тела, положенного на нее, т.к. все величины в правой части формулы могут быть непосредственно измерены. Формула (9) справедлива при отсутствии в
системе потерь энергии на трение, или при T , где Т - период колебаний системы, а - время, в течение которого амплитуда колебаний платформы заметно уменьшается ( в 2-3 раза).
Параметры трифилярного подвеса.
r = 0,06 м; l = 0,61 м;
R = 0,12 м; m0 = (0,481+0,01) кг - масса пустой платформы.
