Темы для изучения icon

Темы для изучения



НазваниеТемы для изучения
Дата конвертации24.05.2013
Размер50.15 Kb.
ТипДокументы
скачать >>>



Темы для изучения


Колесо Максвелла, энергия поступательного движения, энергия вращательного движения, потенциальная энергия, момент инерции, угловая скорость, угловое ускорение, мгновенная скорость, гироскоп.


Принцип

Диск, который может вращаться на своей оси на двух нитях, движется в гравитационном поле. Определяется зависимость потенциальной энергии, энергии поступательного и вращательного движения, при переходе одна в другую, от времени.

Оборудование



Основа штативная «PASS» 02005.55 1

Штативный стержень «PASS», l = 1000 мм 02028.55 3

Прямоугольный зажим «PASS» 02040.55 4

Метровая шкала, демонстрационная,

l = 1000 мм 03001.00 1

Стрелки-курсоры, 1 пара 02201.00 1

Колесо Максвелла 02425.00 1


Рис. 1: Экспериментальная установка для изучения закона сохранения энергии при помощи колеса Максвелла.





Соединительный шнур, l = 1000 мм, красный 07363.01 1

Соединительный шнур, l = 1000 мм, синий 07363.04 1

Световой барьер со счетчиком 11207.30 1

Стопорное устройство с размыканием кабеля 02417.04 1

Держатель для пластины 02062.00 1

Переходник типа BNC-штепсель/гнездо 4 мм 07542.26 1

Конденсатор, 100 нФ/ 250 В 39105.18 1

Источник питания 5 В/2,4 А 11076.99 1


Цель:


Определить момент инерции колеса Максвелла.

Используя колесо Максвелла, найти зависимость от времени:


  • потенциальной энергии,

  • энергии поступательного движения,

  • энергии вращательного движения



^

Установка и ход работы



Соберите экспериментальную установку, как показано на рис. 1 и 2. При помощи регулировочного винта на штативном стержне отрегулируйте горизонтальное положение оси колеса Максвелла в свободном состоянии. При вращении намотка должна быть направлена внутрь.


Плотность намотки должна быть одинаковая по обеим сторонам. Необходимо проконтролировать первый ход колеса, поскольку неверный ход намотки (в обратную сторону, перехлест) приведет к высвобождению «гироскопа».

Размыкатель отпускает диск и запускает счетчик, который отсчитывает расстояние и время. Отрегулируйте размыкатель так, чтобы диск не совершал колебания или вращения после старта, а шнур всегда должен быть намотан в одном направлении.


Измерение времени t, необходимое колесу для достижения светового барьера.

  • Подключите размыкатель к световому барьеру, как показано на рис. 2.

  • Нажмите и зафиксируйте размыкатель кабеля.

  • Приведите ключ светового барьера в положение .

  • Нажмите кнопку «Установка» (“Set”) на световом барьере.

  • При ослаблении ограничителя размыкателя колесо начинает двигаться, и включается счетчик светового барьера.

  • После прохождения колеса через иглу держателя снова нажмите и зафиксируйте размыкатель кабеля до того, как колесо прервет луч светового барьера.

  • Как только ось вращения прерывает луч барьера, счетчик останавливается.


Измерение Δt для нахождения скорости поступательного движения v.

  • Дезактивируйте сигнал «Вкл. триггер» (“Trigger In”) на световом барьере.

  • Зафиксируйте колесо в исходном положении при помощи держателя.

  • Приведите ключ светового барьера в положение .

  • При ослаблении ограничителя размыкателя колесо начинает двигаться, а счетчик светового барьера не включается.

.




Рис. 2: Схема подключения светового барьера (Lb).




  • Как только ось вращения попадает в область светового барьера, счетчик начинает отсчет и выключится, когда ось пересечет световой луч.

  • Скорость в момент находится из значения времени по формуле

.

Поскольку расстояние и время можно измерить относительно точно, независимо друг от друга, выражение (1) является наиболее точным при расчете момента инерции. Значения времени менее точны, следовательно, получать новые данные (например, из выражения (2)) на их основе нецелесообразно. Однако, их можно использовать при проверке значений энергии, полученных и рассчитанных на основе измерения зависимости расстояния от времени.

^

Теория и расчет



Общая энергия колеса Максвелла массой и моментом инерции состоит из потенциальной энергии , энергии поступательного движения и энергии вращения :

.


где - угловая скорость, - скорость поступательного движения, - ускорение свободного падения, - высота (со знаком минус)




Рис. 3: Зависимость между увеличением угла и уменьшением высоты в колесе Максвелла.


Рис. 4: Зависимость расстояния, пройденного точкой центра тяжести колеса Максвелла, от времени.





Из рис. 3





и

,

где - радиус вала.


В данном случае параллелен , а перпендикулярен , поэтому

.


Поскольку общая энергия постоянна с течением времени, дифференцирование приводит к


.


Для () = 0 и v() = 0 получаем

(1)


и

(2)


Масса равна = 0,436 кг. Радиус вала равен 2,5 мм.

Из графика на рис. 4 и функции



получаем


B = 1,99±0,01; A = 0,0196±0,0015 м/с2




Рис. 5: Зависимость скорости центра тяжести колеса Максвелла от времени.





Из выражения (1) получаем момент инерции


9, 84 · 104 кгм2.

Из графика на рис. 5 и функции



получаем


1,03 ± 0,015 (см. (2))


Рис. 6: Зависимость энергии колеса Максвелла от времени:


  1. Отрицательная потенциальная энергия

  2. Поступательная энергия

  3. Энергия вращательного движения





Как видно из рис. 6, что потенциальная энергия почти полностью переходит в энергию вращательного движения.









Похожие:

Темы для изучения iconТемы для изучения
Пружина, маятник, жёсткость пружины, вращающий момент, колебания, угловая скорость, угловое ускорение, частота
Темы для изучения iconLeр 03 -00 Темы для изучения
...
Темы для изучения iconТемы для изучения
Твердое тело, момент инерции, центр тяжести, ось вращения, крутильное колебание, жесткость пружины, возвращающая сила
Темы для изучения iconТемы для изучения
...
Темы для изучения iconТемы для изучения Интенсивность, интегралы Френеля, дифракция Фраунгофера. Принцип
Монохромный свет падает на щель или кромку. Определяется распределение интенсивности дифракционной картины
Темы для изучения iconТемы для изучения
При прямолинейном равноускоренном движении определяется зависимость расстояния от времени, ускорения и силы от массы при помощи трека...
Темы для изучения iconТемы для изучения
Тело с переменной массой движется по окружности с переменным радиусом и переменной угловой скоростью. Устанавливается зависимость...
Темы для изучения iconLeр 30 -00 Темы для изучения
Модуль сдвига, угловая скорость, вращающий момент, момент инерции, модуль кручения
Темы для изучения iconТемы для изучения
Потенциальная и кинетическая энергия, энергия вращения, момент инерции, неупругое соударение, сохранение импульса и углового импульса,...
Темы для изучения iconТемы для изучения Тепловой переход, перенос тепла, удельная теплопроводность, тепловое излучение, эффект теплицы. Принцип
А (величина ) для разных стенок и окон, а также для определения удельной теплопроводности различных материалов используется ящик...
Темы для изучения iconТемы для изучения Зарядка, разрядка, постоянная времени, экспоненциальная функция, период полураспада. Принцип
Собирается цепь, состоящая из источника питания, ключа, последовательно соединенных резистора и конденсатора. Записывается напряжение...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©gua.convdocs.org 2000-2015
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов