Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут інформаційних технологій комп’ютерна інженерія.
Кафедра фізики
Лабораторна робота № 1-12
з фізики
Мета роботи:
Поглиблене вивчення понять моменту сили та моменту імпульсу, практичне визначення кутової швидкості прецесії, моменту імпульсу та моменту інерції.
Прилади і матеріали:
Гіроскопічна установка з мілісекундоміром та тахометром, переміщуване тіло.
Принцип дії установки:
Гіроскоп, що використовується в даній роботі, являє собою масивний диск, закріплений на роторі електродвигуна. На підставці з чотирма гвинтовими ніжками закріплена колонка з кронштейном, на якому розміщені фотоелектронний датчик та зовнішня втулка поворотного з’єднувача.
Поворотній з’єднувач дає можливість гіроскопу повертатись навколо вертикальної осі та забезпечує живлення струмом фотоелектронного датчика і електричного двигуна.
Електричний двигун змонтований на кронштейні таким чином, щоб була можливість повороту на необмежений кут в вертикальній площині.
На валу двигуна закріплений диск з екраном захисту. З корпусом двигуна з’єднаний важіль, з метричною шкалою, вздовж якої може переміщуватись вантаж для зрівноваження гіроскопа.
Кут повороту гіроскопа навколо вертикальної осі можна виміряти з допомогою лічильника, розташованого на передній панелі приладу, диск має на ободі отвори для визначення частоти обертання вала електродвигуна фотоелектричним датчиком.
Порядок виконання роботи:
Ввімкнути прилад в електричну мережу.
Натиснути клавішу „Сеть” і переконатись, чи всі індикатори висвічують цифру нуль та чи світяться лампочки фотоелектричних датчиків.
Повертаючи ручку потенціометра „Рег. Скорсти” переконатись, що двигун працює і стрілка вимірювача частоти обертання його вала відхиляється.
З допомогою переміщування вантажу встановити важіль гіроскопа горизонтально.
Ввімкнути двигун і встановити частоту обертання його вала біля 6000 об /хв.
Змістити вантаж на два сантиметра вліво чи вправо.
Натиснути клавішу „Сарос” і після повороту не менше, як на 300 , натиснути клавішу „Стоп”.
Записати покази лічильників кута ( і часу t а також масу переміщуваного вантажу.
Обробка результатів експерименту та їх аналіз:
Завдання 1. Визначення кутової швидкості прецесії гіроскопа.
За формулою (=( / t вирахувати кутову швидкість прецесії гіроскопа.
Результат спів ставити зі швидкістю обертання вала двигуна.
Знайти абсолютну та відносну похибки вимірювання кутової швидкості прецесії.
Завдання 2. Визначення моменту імпульсу гіроскопа.
За формулою M = P ( l, де l – плече сили , знайти результуючий момент сил, що діє на гіроскоп.
Виходячи з формули знайти момент імпульсу L гіроскопа.
Визначити абсолютну та відносну похибки вимірювання моменту імпульсу гіроскопа.
Завдання 3. Визначення моменту інерції гіроскопа.
Знаючи момент імпульсу гіроскопа L і частоту його обертання (, вирахувати момент інерції гіроскопа.
Вирахувати інерції гіроскопа за формулою . Результати співставити.
Визначити абсолютну та відносну похибки знаходження моменту інерції гіроскопа.
Занесем виміряні дані до таблиці:
φ, º
φ, рад
t, с
ω, с-1
ωсер , с-1
30
0,5235
21,69
0,024
0,023
23,32
0,022
22,39
0,023
1) Обрахуємо середнє значення кутової швидкості прецесії:
=> ω<<Ω
Обрахуємо абсолютну та відносну похибку кутової швидкості прецесії:
Отже
2) Визначимо момент імпульсу гіроскопа:
m=0.375 (кг) l=0.08 (м)
Знайдемо результуючий момент сил:
M=P · l = m · g · l = 0.375 · 9.8 · 0.08 = 0.2943 (Н·м)
Знайдемо момент імпульсу:
Підрахуємо абсолютну та відносну похибки:
Тому L=(12.79±0.61)(кг·м·с-1)
3) Визначимо момент інерції гіроскопа:
Знаючи частоту обертання Ω і момент імпульсу L знайдемо момент інерції:
Тепер знайдемо момент інерції З. формули
Як видно результати обчислень по двом формулам співпадають.
Обрахуємо абсолютну та відносну похибки моменту інерції гіроскопа:
Отже остаточно: I=(0.02...
