А.Н. Матвеев, Д.Ф. Киселёв - Общий физический практикум (механика) (1108542), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Шарик маятника будет при этом перекатываться по поверхности стекла или резины. Прн увеличении угла у возрастает величина давления шарика на поверхность, по которой он перекатывается. Это усиливает деформацию материала, а следовательно, и величину коэффициента трения качения.
Последнее практически неощутимо для стекла, но заметно для резины, Рис. 1О.!1 Начальное отклонение шарика осуществляется спускным механизмом. Поворотом рычага-лопатки шарик смещается в исходное положение, быстрым поворотом лопатки в обратную сторону он освобождается и начинает свое движение. Радиус шарика, его масса, длина нити указаны на установке. Измерения при линейных колебаниях. Последовательность проведения эксперимента следующая.
Лопатку для отклонения шарика помещают с левой стороны, зеркало (шкалу) — в среднее положение. Освобождают горизонтальную ось вращения стержня — освобождают винт, имеющийся справа. Стержень вращают (его верхний конец на себя) до упора. Пользуясь винтами (передним и задним), придают нити маятника симметричное положение относительно продольной оси стержня. Шарик маятника должен занимать среднее положение в области, в которой он будет двпгаться. Затем закрепляют горизонтальную ось стержня — зажимают вкит справа.
При покоящемся маятнике совмещают нуль шкалы с нитью при обязательном совпадении нити с ее изобрас жением в зеркале. Изменять положение винтов и зеркала после этого не следует. Для определения периода Т вращением лопатки вправо отклоняют шарик на 1,0 см (при полностью веподвнжном шарике на лопатке). Отнлоняют лопатку влево, пусйают в ход секундомер. Отсчитав,сто полных периодов колебаний маятника,'секундомер 176 останавливают. Вычисляют среднее значение величины периода колебаний.
Для определения б удобно заранее установить величины аз в а и измерить только время 1, за которое уменьшается в принятых пределах амплитуда колебаний. Для вычисления декремента затухания примем, что аз=1,5 см, а„=0,5 см. Прн этом шарик отклоняется на 1,5 см. Маятник освобождается, пускается в ход секундомер. Следя за колебаниями маятника, секундомер останавливают в тот момент, когда амплитуда колебания достигает величины, равной 0,5 см.
Это позволяет с помощью (26) вычислить значение декрементв затухания б. Зная период Т, по формуле (26А) вычисляют логарифмический декремент затухания и по формуле Ь=2л76 вычисляют коэффициент трения шарика о воздух. Для проверки предположения (21) следует провести аналогичные измерения декремента затухания б при больших значениях амплитуд, например по=2 см, а„=1 см. Если в начале запуска системы наблюдаются высокочастотные колебания в виде дрожания шарика, то следует возбуждать колебания с амплитудой несколько большей, чем выбранная для рас.- чета. При этом секундомер следует запускать в тот момент, когдв, амплитуда станет равной заданной для расчета."К этому моменту времени высокочастотные колебания должны полностью затухнуть.
Однако такой способ дает некоторую ошибку в определении начального момента времени. Измерения при нелинейных колебаниях. В паз плоскости вкладывается стеклянная пластинка. Отпускают фиксирующий винт находящийся с правой стороны установки. Стержень пово-. рачивают (верхний конец от себя) так, чтобы угол у наклона ега осн к вертикали был равен 10'. Винт закрепляют, а шарик маятника накладывается на стекло. В покоящемся положении шарика нить маятника должна быть параллельна оси стержня. Смещают шкалу так, чтобы нить маятника совпадала с ее нулем по зеркальному отсчету. Отклоненный из своего положения равновесия шарик будет перекатываться по стеклу.
Его отклонение и освобождение производится, как и прежде, спускным механизмом. При заметном затухании заранее можно задать лишь аз, например аз=1,5 см, вторую амплитуду можно задать лишь приближенно, например а„ж0,5 см, уточнив это значение в процессе эксперимента, так как амплитуда для соответствующего числа колебаний будет либо неоколько больше, либо несколько меньше заданного значения.
При небольшом числе колебаний нх можно считать непосредственно. При слабом затухании вместо числа п можно определить соответствующее время 1 и период колебаний Т, определив ам а и п, по формуле (43) находят коэффициент й~ определяющий момент силы трения качения согласно закону (31). Необходимо провести не менее трех измерений, повторяя или не- !7Т сколько варьируя а«, а„или и (если а, определяется, а не задается). Упражнение П. Наклонный маятник. В данной работе изучаются собственные затухающие колебания маятника, определяются соответствующие коэффициенты сил трения (коэффициент Ь вязкого трения и коэффициент й, трения качения шарика по ме.таллической пластине). Описание установки.
Она состоит непосредственно из наклонного маятника (наклон можно изменять, вращая ручку поворотного механизма), шарик которого в процессе колебаний катается по металлической пластине, и электронного блока, в состав которого входят таймер и фотоэлектрическая система регистрации числа периодов колебаний маятника. Включение электронного блока осухцествляется нажатием клавиши «сеть». При нажатии на клавишу «сброс» происходит «обнуление» табло электронного блока, а затем при первом же пересечении маятником светового пучка фотоэлектрического датчика включаются таймер и система счета числа полных периодов колебаний.
После нажатия на клавишу «стоп» очередное пересечение маятником светового пучка, соответствуюацее завершению текущего периода колебаний, останавливает работу таймера и системы счета периода колебаний; результаты высвечиваются на табло электронного блока. Для повторения измерений необходимо нажать клавишу «сброс». Измерения. На первом этапе проводят измерения декремента затухания 6, логарифмического декремента 0 и коэффициента вязкого трения Ь в вертикальном положении системы подвеса маятяика (режим линейных колебаний).
Для этого с помощью систем электронного блока измеряют время 1 и число и периодов колебаний, в течение которых угловая амплитуда колебаний уменьшается от величины 6«до 1)„, например, уменьшается в 2 раза. Затем измеряют средний период колебаний (за 50 —:100 колебаний) и вычисляют декремент затухания 6, логарифмический декремент 0 и коэффициент вязкого трения Ь по формулам Ь=2т6, где т — масса шарика и стерженька, на который одевается шар для крепления к нити подвеса (массы шаров и стерженька изве<тны); а также вычисляют ошибки полученных величин 6, 0 и Ь. На втором этапе измерений маятник переводят в наклонное положение (угол наклона маятника у определяют по специальной зпкале поворотного механизма) и переходят к изучению собственных колебаний маятника при наличии нелинейной силы (точнее, момента силы) трения качения шарика по металлической пластине. При этом необходимо обращать внимание иа правильный вы- 178 бор амплитуды колебаний маятника для иыбранного угла наклона у: шарик должен кататься по пластине без проскальзывания ' (в первую очередь это относится к наивысшим точкам траектории маятника).
Далее с помощью систем электронного блока измеряют время 1 и число а полных периодов колебаний маятника, в течение которых его угловая амплитуда колебаний уменьшается от ))о до (линейная амплитуда от по ††до ас=,'р,(о), с помощью линейки измеряют длину маятника 1о, с помощью штангенциркуля или микрометра измеряют диаметр шарика, определяют радиус т„ а затем вычисляют величину коэффициента трения качения по формуле Ь1 — ос о" г с16 7 4о~е и ошибку полученной величины йь Кроме того, необходимо произвести сопоставление экспериментально полученного значения периода колебаний Т=— о с величиной периода колебаний, который дают линейные уравнения, справедливые для участков движения маятника с положительной и отрицательной скоростями: г у ее сост Г зе сов т Здесь т — масса шарика и стерженька, на который одевается шар для крепления к ~нити подвеса (массы шаров и стерженька известны), У вЂ” момент инерции шарика относительно мгновенной оси вращения.
Измерения проводят для шарика и пластины из стали, латуни, дюралюминия (или по указанию преподавателя для комбинации этих материалов). Для каждого материала рекомендуется повторять измерения при двух различных углах у наклона маятника. Литература: 111 — 5 34, 36; 121 — Э 17; 131 — 5 69, 135 — 137; 141 — $ 72 — 75, 123 — 126. ГЛАВА 11 ХПРУГИЕ ДЕФОРМАЦИИ Введение. При изменении сил, действующих на тело, изменяется его форма, т. е. происходит деформация тела. Во многих случаях при изучении движения тел необходимо знать законы, связывающие действующие силы с теми деформациями, которые они вызывают. Силы, возникающие между различными частями деформируемого тела, называются внутренними силами или усилиями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
