Вказівки до виконання роботи. Перелік лабораторних робіт 1.1 1.2 3.2 3.4 3.5 3.8

Ф І З И К А

ЛАБОРАТОРНИЙ ЗОШИТ

 

студента_____________________________

 

групи_____________________________

 

семестр_____________________________

 

Перелік лабораторних робіт

1.1

1.2

3.2

3.4

3.5

3.8

При використанні лабораторного зошита виконання лабораторної роботи з фізики студентом складається з таких етапів:

І етап – це самостійна домашня підготовка до лабораторної роботи, яка включає ознайомлення і чітке розуміння теми, мети, методики виконання та завдань даної лабораторної роботи; оволодіння в достатньому обсязі теоретичним матеріалом за темою роботи. Для чого після формулювання теми і мети до кожної лабораторної роботи подано вказівки до виконання роботи, що починаються з переліку теоретичних питань, які необхідно вивчити перед виконанням лабораторної роботи. Для полегшення і спрощення процедури пошуку, крім списку рекомендованої літератури, ми надаємо перелік параграфів до основних джерел зі списку, в якому міститься шукана інформація. У теоретичних відомостях, хоча вони і подані у необхідному для виконання роботи обсязі, пропущені деякі формулювання або формули, які студент повинен вписати самостійно. Для цього при підготовці до роботи студенту необхідно буде звернутись до конспекту і підручників, інакше він не буде мати всіх робочих формул, необхідних для обчислення шуканих величин. Хід роботи подається в повному обсязі.

ІІ етап – допуск до лабораторної роботи, тобто отримання дозволу на виконання роботи, під час якого студент повинен показати викладачу зошит з заповненими пропусками у вказівках до виконання роботи і вміти чітко сформулювати мету й завдання; знати, які прилади, матеріали, установки необхідні для виконання роботи, а також які вимірювання, яким чином і в якій послідовності слід здійснювати.

ІІІ етап – виконання роботи і фіксування результатів вимірювання. У лабораторному зошиті, крім таблиці, до якої студент заносить результати вимірювань і обчислень, є місце для самих розрахунків – це дає можливість викладачу не просто вказати на наявність помилок в обчисленнях, а й виявити і з’ясувати їх походження.

ІV етап – оформлення результатів вимірювань, яке включає обчислення результатів вимірювання, побудову графіків та написання висновків. Для побудови графіків наводиться система координат на розкресленій під міліметровий масштаб площині. Далі відводиться місце для написання висновку, яким на думку автора обов’язково повинна завершуватись кожна робота. Майбутній інженер-будівельник повинен вміти логічно виражати свої думки і обґрунтовувати отриманий результат роботи.

V етап – захист лабораторної роботи, який є підтвердженням у бесіді з викладачем розуміння теоретичних положень, фізичних термінів, понять з теми роботи в обсязі, окресленому набором контрольних запитань, які приведені в кінці кожної роботи. На ці питання перед початком захисту лабораторної роботи студент обов’язково повинен дати письмові відповіді на відведеному місці.

 

Лабораторна робота № 1.1. ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛЕЖНОСТI МОМЕНТУ IНЕРЦIЇ СИСТЕМИ ВIД РОЗПОДIЛУ ЇЇ МАСИ ВIДНОСНО ОСI ОБЕРТАННЯ

Мета роботи − вивчити основний закон динаміки обертового руху; встановити залежність моменту інерції системи від розподілу її маси відносно осі обертання.

 

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи необхідно вивчити такий теоретичний матеріал: обертовий рух абсолютно твердого тіла; кутова швидкість та кутове прискорення, їх зв’язок з лінійною швидкістю та лінійним прискоренням; момент сили; момент інерції тіла відносно нерухомої осі; закон динаміки обертового руху абсолютно твердого тіла відносно нерухомої осі.

[ 1, т.1 §§ 1.2–1.5, 2.2–2.5, 2.9, 4.1–4.3; 2, §§ 1–7, 16, 18; 3, §§ 1.1–1.4, 2.2, 2.5, 2.7, 2.16; 4, т.1 §§ 1, 3, 4, 7–9, 11, 13, 29, 39]

 

В даній лабораторній роботі застосовують непрямий метод визначення моменту інерції системи, що ґрунтується на законі динаміки обертового руху:

, (1.1.1)

де − __________________________; − ____________________________; − ____________________________.

Момент інерції є величина адитивна, тому момент інерції твердого тіла дорівнює сумі моментів інерції всіх елементарних частинок цього тіла:

. (1.1.2)

Робота виконується на установці (рис. 1.1.1), що складається із хрестовини, жорстко зв’язаної з нерухомим блоком радіуса . На хрестовині можуть закріплюватись на різних відстанях R від осі обертання тягарця m ₁. На блок намотується нитка, один кінець якої закріплений на блоці, а до іншого прив’язано вантаж масою m. Коли описаній системі тіл надати свободу, вантаж m почне опускатися, а блок з хрестовиною i тягарцями − обертатися навколо нерухомої осі. На вантаж діють сила тяжіння i сила натягу нитки . Під дією цих сил вантаж рухатиметься зі сталим прискоренням. Обертання блока, якщо знехтувати тертям на осі, викликає момент сили , модуль якої за третім законом Ньютона дорівнює модулю сили . Плечем сили буде радіус блока , тому момент сили:

. (1.1.3)

Для визначення сили F ^/= F записують динамічне рівняння руху вантажу m. Використовуючи зв’язок кутового прискорення b з лінійним прискоренням i виражаючи останнє через висоту h i час опускання вантажу , з (1.1.1) із урахуванням (1.1.3) можна одержати формулу для визначення моменту інерції системи тіл, що обертається:

. (1.1.4)

Оскільки величина (у чому можна переконатися безпосередніми підрахунками), то формула (1.1.4) набуває більш простого вигляду:

. (1.1.5)

Момент інерції системи J складається з моменту інерції блока з хрестовиною J ₀ i моменту інерції J ^/ тягарців m ₁, закріплених на хрестовині. Якщо вважати тягарці точковими масами, у випадку симетричного їх розташування відносно осі обертання можна записати:

, (1.1.6)

де R – відстань тягарців від осі обертання.

 

 

З (1.1.6) випливає лінійна залежність між J та R ². Визначивши момент інерції системи для різних значень R, можна побудувати графік залежності J = f (R ²) (рис. 1.1.2).

Для більш точного вимірювання часу опускання вантажу, в установці використовується електронний секундомір, який фіксує тривалість руху.

 

Хiд роботи

1. Встановити тягарці m ₁ на максимальній i однаковій відстані R від осі обертання.

2. Намотуючи нитку на блок, підняти вантаж m на висоту h i зупинити, зафіксувавши хрестовину.

3. Відпустити хрестовину i виміряти час опускання вантажу. Дослід повторити тричі i знайти середнє значення часу опускання вантажу m.

4. Підрахувати значення моменту інерції J, підставляючи у формулу (1.1.5) середнє значення часу.

5. Проробити пп. 1-5 для кількох різних положень тягарців відносно осі обертання. Результати вимірів i обчислень записати до таблиці 1.1.1.

6. Побудувати графік залежності J від R ² (див. рис.1.1.2) i методом екстраполяції визначити J ₀.

7. Визначити похибки вимірювання J.

8. Визначити масу тягарця m ₁, який закріплений на хрестовині.

9. Обчислити за формулою (1.1.6) моменти інерції J, скориставшись знайденими за графіком значеннями J ₀, величиною m ₁ та виміряними значеннями відстані R.

10. Одержані за формулою (1.1.6) значення моментів інерції J нанести на графік залежності J від R ².

Місце для обчислень:

 

 

Таблиця 1.1.1.

№ пор	R, м	r, м	m, кг	h, м	t, с	<t>, с	J, г×м2	R 2, м2	J 0, г×м2

Місце для обчислень:

Контрольні запитання

1. Дати означення механічного руху; поступального і обертального рухів.

______________________________________________

2. Яке тіло називають абсолютно твердим?

______________________________________________________

 

3. Дати означення таким фізичним величинам: переміщення, шлях, швидкість, прискорення.

______________________________________________

__________________________________________________________

 

4. Дати означення таким фізичним величинам: кутова швидкість, кутове прискорення. Вкажіть напрям цих векторів.

________________________________________________________

____________________________________________________________

____________________________________________________________

 

5. Запишіть формули зв’язку між лінійними та кутовими величинами при русі по колу.

 

 

6. Дати означення нормального і тангенціального прискорень.

 

 

____________________________________________________

 

7. Що таке маса, сила, імпульс?

______________________________________________________

 

8. Сформулюйте закони Ньютона.

____________________________________________________________________________________________________

 

9. Запишіть основний закон динаміки обертального руху.

 

10. Дайте означення моменту сили відносно нерухомої точки О. Як визначається напрямок цього моменту сили?

 

 

____________________________________________________

________________________________________________________________

 

11. Дайте означення моменту сили відносно нерухомої осі Оz.

________________________________________________

______________________________________

12. Що називають моментом інерції точки (тіла або системи точок) відносно осі обертання?

________________________________________________

 

13. Сформулюйте теорему Штейнера.

 

__________________________________________________

 

_____________________________

(відмітка викладача про виконання лабораторної роботи)