- •Содержание
- •Лабораторная работа м 1 изучение теории погрешностей и кинематики материальной точки
- •Лабораторная работа м 3 изучение упругого удара шаров
- •Лабораторная работа м 4 определение скорости пули при помощи крутильного баллистического маятника
- •Лабораторная работа м 6 определение моментов инерции твёрдых тел с помощью крутильного маятника
- •Лабораторная работа м 7 изучение физического и математического маятников
- •Лабораторная работа м 8 определение коэффициента трения качения
- •Лабораторная работа м 9 диск максвелла
- •Приложение 2
- •Приложение 1. Уравнение динамики твёрдого тела, вращающегося вокруг движущейся оси.
- •Приложение 3
- •Лабораторная работа м 10 изучение неупругого удара
- •3. Методика и порядок выполнения работы.
- •Приложение. Процедура линеаризации
- •Тест м 1
Приложение 3
На
данной установке можно провести
прямые измерения
времени движения диска Максвелла на
заданном расстоянии h,
причем движение начинается из состояния
покоя. Величины m
и r
также доступны непосредственному
измерению, и мы будем считать их
известными. Следовательно, в формулу
(2.4) входят три неизвестных величины: g,
J,
ac.
Ускорение ac,
однако, легко может быть найдено по
времени движения
и пройденному
расстоянию h,
т.к. в соответствии с (2.4) при сделанных
предположениях ac
постоянно. Поскольку начальная скорость
равна нулю, то в идеально функционирующей
установке мы имели бы
и
.
К сожалению, из-за конструктивных
особенностей установки отсчет времени
начинается не сразу в момент начала
движения, а тогда, когда система сместится
на некоторое расстояние ∆h,
равное, по нашим оценкам, примерно 3 мм.
На первый взгляд кажется, что если,
например, высота, проходимая диском,
составляет h
= 30 см, то поскольку
,
т.е. примерно 1% , то погрешностью в
определении ускорения по формуле
можно вполне пренебречь. Однако на самом
деле это не так. Начав движение из
состояния покоя, система в конце участка
∆h
приобретает скорость
.
Тогда для оставшегося участка длиной
(h
– ∆h)
можно записать:
,
где t – время движения на этом участке, которое и измеряется на установке.
Тогда
![]()
Решая
это уравнение относительно
,
находим
.
(П-3.1)
При
указанных выше численных значениях
имеем
и относительная погрешность в определении
величины ac
по формуле
составляет уже не 1%, а целых 20%, что
слишком много, если учесть точность, с
которой измеряется время движения и
расстояние, проходимое диском. На уровне
относительной погрешности 1% ускорение
следует определять по формуле
,
(П-3.2)
где
мы пренебрегли величиной
по сравнению с единицей. Таким образом,
в формулу
(П-3.3)
входят
две величины g
и Jc,
которые непосредственно не определяются.
Конечно, значение ускорения свободного
падения g
хорошо известно из других опытов и
составляет примерно
.
Тогда из формулы (3.3) можно определить
момент инерции Jc
и сравнить полученное значение с
результатом, рассчитанным по теоретическим
формулам.
Применим метод наименьших квадратов. Вначале линеаризируем исследуемую зависимость. Приравнивая правые части формул (3.2) и (3.3), получим

или
(П-3.4)
Вводя обозначения
и
![]()
уравнение (3.4) можно переписать в виде линейного уравнения
(П-3.5)
Составляя сумму
,
(П-3.6)
определим параметр А из условия минимума суммы (3.6):
![]()
Решая полученную систему линейных уравнений, находим значение параметра А:
(П-3.7)
Зная значение параметра А, можно определить значение момента инерции диска Максвелла и сменной накладки.
Задачи для самостоятельного решения.
1. Два шнура длиной L с верхней стороны закреплены, а с нижней полностью намотаны на цилиндр массой m. Определить момент инерции J цилиндра, если он, начиная вращение из состояния покоя, за время t1 приобрел угловую скорость 1 и переместился на расстояние h1. За какое время произойдет полная размотка шнуров? Найти кинетическую энергию цилиндра в этот момент времени. Какие дополнительные величины можно определить в данной физической ситуации?
2. Два шнура длиной L с верхней стороны закреплены, а с нижней намотаны на вал маховика диаметром D. На обод маховика, изготовленного в виде сплошного однородного диска, полностью намотана другая нить длиной L3 с привязанным к ней грузом массой m3. Масса диска m. Определить момент инерции J установки, если она, начиная вращение из состояния покоя, за время t1 приобрела угловую скорость 1 и переместилась на расстояние h. За какое время произойдет полная размотка одного из шнуров? Найти кинетическую энергию установки в этот момент времени. Какие дополнительные величины можно определить в данной физической ситуации?
3. Придумайте самостоятельно более усложненный вариант рассмотренной выше физической ситуации. Составьте ее математическую модель. Покажите, сколько конкретных условий задач можно составить на основе этой математической модели.
