- •Содержание
- •Лабораторная работа № 3.
- •2.Оценка погрешности измерений.
- •3.Оценка случайной погрешности прямых измерений .
- •Изменение доверительного интервала
- •4.Определение погрешности косвенных измерений методом выборок.
- •Анализ результатов работы и выводы
- •Измерение двигательной реакции руки.
- •Обоснование эксперимента и проведение измерений.
- •Обработка результатов измерений.
- •Изучение равноускоренного движения.
- •Обоснование эксперимента и проведение измерений.
- •Порядок проведения экспериментов и расчетов.
- •Анализ результатов экспериментов и подведение итогов.
- •Контрольные вопросы
- •Изучение законов изменения механической энергии и импульса при упругих и неупругих соударениях
- •Проанализировать результаты экспериментов и ответить на вопросы.
- •Подведение итогов экспериментов.
- •Контрольные вопросы.
- •Изучение основного закона динамики вращательного движения
- •Краткое теоретическое введение.
- •Проведение измерений и обработка их результатов.
- •Анализ результатов экспериментов и подведение их итогов.
- •Изучение затухающих крутильных колебаний спирального маятника
- •Краткое теоретическое введение.
- •Постановка задач и проведение экспериментов.
- •Анализ результатов экспериментов и подведение их итогов.
Краткое теоретическое введение.
Основной закон динамики вращательного движения для абсолютно твердого тела, имеющего ось вращения, имеет вид
(1)
где
угловое
ускорение тела,
-суммарный
момент действующих на тело сил, и
-момент
инерции этого тела относительно оси
вращения. В работе проводят экспериментальные
исследования некоторых следствий
закона (1).
Задание1.
Если от опыта к опыту изменять величину
момента сил М,
оставляя неизменным момент инерции
тела
![]()
=
,
то согласно (1) находим
,
(2)
где
-угловые
ускорения тела и
моменты
внешних сил.
Задание2.
Изменив момент инерции тела на величину
,
аналогично (2), будем иметь
=
, (3)
Соотношения (2) и (3) и подвергаются экспериментальной проверке на модифицированной машине Атвуда (ММА), которая изображена на рис. 4.1
Краткое обоснование экспериментов.
В
ММА (рис. 4.1) исследуется вращательное
движение блока со спицей и закрепленными
на ней грузами под действием силы
натяжения, намотанной на блок нити, к
концу которой подвешен груз m.
Для
выполнения заданий 1 и 2 проводятся
измерения угловых ускорений
блока, действующих на него моментов сил
,
а также разность моментов инерции
вращающейся части ММА.
Определение
угловых ускорений
удобно проводить на основе известного
закона равноускоренного вращательного
движения
=>
(4)
по
измерениям угла поворота блока
и времени его движения
t.
Момент
внешних сил
,
действующих на блок относительного его
оси вращения, при малых силах трения,
может быть вычислен по формуле
,
(5)
где Т-сила натяжения нити и r-радиус блока, на который она намотана.
Отметим,
что силы трения
можно
скомпенсировать добавочным грузом.
Величину Т для (6) можно определить на основе второго закона Ньютона, примененного для груза m и натягиваемой им нити следующим образом
=>
=>
(6)
где
Т и
-силы
натяжения нити, m
-сила
тяжести груза и
-ускорение
груза m, которое связано с угловым
ускорением блока
.
Добавочный
момент инерции блока
можно создать, изменив расстояние грузов
7 от оси блока от
до
.
В этом случае величину
определяют
по формуле
,
(7)
В
(7) учтено, что размеры груза
по сравнению с
и
малы.
Таким
образом, величину
можно определить дважды: по формуле (3)
и по формуле (7), а затем сравнить
результаты.
Проведение измерений и обработка их результатов.
Всего
проводится три опыта. В каждом опыте
проводят прямые измерения масс грузов
и
,
расстояний
,
и
r,
угла поворота блока
и четырежды - значения времени его
движенияt.
Результаты
измерений заносят в таблицу.
Затем
косвенно по формулам (4), (6) и (2) определяют
угловые ускорения блока
,
действующие на него моменты сил
и
его моменты инерции Ii.
Привести примеры расчета для первой строки таблицы:
![]()
![]()
=
Обработка значений I , полученных косвенным методом, для каждого опыта проводится методом выборок. В результате находят средние значения
<
>
<
>,
<
>
и их абсолютные и относительные
погрешности
и
.
Отметим, что приборные погрешности по сравнению с погрешностями измерений малы, и поэтому их можно не учитывать.
|
N |
I,
m, r,
|
t |
|
M |
|
< |
|
|
|
|
|
| ||||||
|
|
|
| ||||||
|
1 |
I=
m=
r =2,4см
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||||
|
|
|
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
|
|
|
| ||
|
2 |
I=
m=
r =2,4см
|
|
|
|
|
|
Примечания | |
|
|
|
|
| |||||
|
|
|
|
|
| ||||
|
|
|
|
|
| ||||
|
3 |
I=
m=
r =2,4см
|
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
| |||||
|
|
|
|
|
| ||||
|
|
|
|
|
| ||||
Затем
косвенно по формулам (4), (6) и (2) определяют
угловые ускорения блока
,
действующие на него моменты сил
и
его моменты инерции Ii.
Привести примеры расчета для первой строки таблицы:
![]()
![]()
=
Обработка значений I , полученных косвенным методом, для каждого опыта проводится методом выборок. В результате находят средние значения
<
>
<
>,
<
>
и их абсолютные и относительные
погрешности
и
.
Отметим, что приборные погрешности по сравнению с погрешностями измерений малы, и поэтому их можно не учитывать.
Затем определяют разность моментов инерции и ее погрешности, т.е.
=
(
)3
+(
)1=
=
Контрольное
значение
рассчитывают по формуле (7)
=
Погрешности
и
исходят из приборных погрешностей весов
и линейки
и определяются по формулам
=
2
+ 4
=
=
*
=
Результаты всех расчетов заносят в таблицу.
