Диссертация (972026), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

В чем состоит метод проверки справедливости теоремы Гюйгенса –Штейнера, используемый в данной работе?9. Исследуйте зависимость периода колебаний Т от параметров маятника.Имеются ли максимумы и минимумы у периода колебаний?10. Момент инерции маятника определяют графическим и аналитическимпутем. В каком случае точность выше и почему?11011. Как измерить угловую скорость и угловое ускорение маятника вданной работе?12. Как измерить момент инерции Земли, Луны?13. Как измерить момент инерции молекулы водорода, кислорода?14. Как можно измерить массу тела космонавтов в невесомости?Измерение момента инерции твердого тела является очень важным дляинженерных специальностей, потому что это промежуточная величина, котораясвязана с силой и вращательным двежением.

Изготавливая вращающиесядетали, части машины, инженер должен рассчитать значения их моментаинерции. Приведённая лабораторная работа является экспериментальнымдоказательствомтеоретическогозаконафизики,ачерезсистемупрофессионально направленных вопросов преподаватель развивает мышлениестудентов в профессиональной деятельности.Вопросы профессиональной направленности к работе № 31. Как учитываются моменты инерции вращающихся деталей машин имеханизмов? Вала коробки передач станка, коленчатого вала? Другогооборудования свойственного специальностям технологии машиностроения?2. Для чего при изготовлении коленчатого вала производится егобалансировка?3.

Предложите метод определения радиуса цилиндра, маховика,используемых в данной работе.4. Как рассчитывают момент инерции шаров, имеющих внутреннююполость в виде шара, стержня, прямоугольного параллелепипеда?Эти контрольные вопросы студенты получают сразу с заданиями повыполнению лабораторных работ, а при сдаче работы по ним проводитсясобеседование.Примерпрофессиональнонаправленнойлабораторнойработы,выполняемой на стандартном оборудовании, может служить работа поопределению момента инерции колеса и сил трения в поворотной оси. При111выполнении этой лабораторной работы можно использовать секундомер,линейку.

Описание этой работы приведено ниже.Работа № 4Определение момента инерции системы, состоящей из махового колеса иосиисилытрениявповоротной оси.Принадлежности:Aколесо и вал массой M, осьдиаметром d, секундомер,O1Aлинейка; при выполненииработы на вал наматываетсяшнур,кшнуруподвешиваетсягрузмассой m.O2MCh1h2Теоретическоевведение.ЕслиmкBшнуруmgподвесить груз массой m, иРис.Рис.1319закрутить вал так, чтобы груз поднялся на высоту h1 ( точка A), то груз и всясистема «маховое колесо – вал» приобретут потенциальную энергию:W1  mgh1 (13)Потенциальная энергия груза будет превращаться в кинетическуюэнергию падающего груза и вращающейся системы «маховое колесо – вал», иработу силы трения на пути h1, по закону сохранения энергии можно записать:mgh1 mv 2 I 2 f т h122( 14)Где v - скорость падения гири в момент приземления,ω - угловая скорость вращения системы в тот же момент,I - момент инерции системы «маховое колесо – вал»,f т - сила трения в двухповоротной оси.112Считая движение груза равноускоренным, можно написать:v 2 h1t(15)v 2 h1rrt( 16)Когда груз касается точки В (самое низкое положение), колесопродолжает вращаться в силу инерционного движения, тогда груз начинаетснова подниматься вверх и достигает высоты h2 ( h2< h1 ).mgh1  mgh2  f т (h1  h2 )fт (17)mg (h1  h2 )h1  h2( 18)Отсюда получаем:Imd 24 2h2 1 gth1 (h1  h2 ) (19)Измерения:1.

Определить диаметр вала d.2. Определить высоту h1.3. Зафиксировать время движения груза на пути h1.4. Определить высоту h2.5. Определить момент инерции I и силу трения fт.6. Данные занести в табл.10.7. Оценить погрешность измерений.Таблица 10.№п/пизмерd(м)∆dh1(м)∆h1 (м)h2 (м)(м)12345113∆h2(м)t(с)∆t(с)I (кг.м2)fт(Н)Контрольные вопросы1.Почему при проведении измерения необходимо намотать шнур навал максимально плотно?2.Исследуйте определение скорости и времени движения (подачи) телтипа цилиндр и шар по наклонной плоскости в зажимное приспособление.3.5.

Обучающий экспериментДля оценки эффективности формирования у студентов теоретическихзнаний и умений применять знания по физике при решении задач, связанных спрофессиональной деятельностью будущего инженера после изучения данногоспецкурса нами проведен обучающий эксперимент в Виньском педагогическомтехническом государственном университете и Ханойском политехническомуниверситете Вьетнама.При этом использовались следующие методыисследования:- Контроль студентов с целью выявления уровня знаний и уменийприменять знания по физике в профессиональной деятельности.- Анкетирование студентов с целью выявления понимания значенияизучения физики для будущей профессиональной деятельности, а также ихотношения к процессу обучения.В эксперименте принимали участие студенты 1-го и 3-го курсовфакультета машиностроения (специальность «Технология машиностроения»)Виньского педагогического технического государственного университетаВьетнама (всего 123 студента), а также студенты 1-го и 3-го курсов Институтамеханики(специальность«Технологиямашиностроения»)Ханойскогополитехнического университета Вьетнама (всего 134 студента).Впроцессеэффективностьспецкурсаприпроведенияпредлагаемойобученииобучающегонамифизикеэкспериментаметодическойстудентовсистемытехническихвыявиласьреализациифакультетов.Успеваемость студентов в среднем была одинаковой в контрольных и114экспериментальных группах.

В экспериментальных группах преподаваниевелось по разработанной нами методической системе, в контрольных – потрадиционной.Задания контрольных работ для выявления уровня усвоения элементовзнаний содержали как вопросы теоретического, так и прикладного характера.Проведённаяконтрольнаяработапоокончанииизученияраздела«Вращательное движение твёрдого тела» помогла выявить уровень усвоениястудентами таких ключевых понятий, как угловая скорость, угловое ускорениетвёрдого тела, момент силы действующей на твёрдое тело, момент инерции теорема Штейнера, основной закон динамики вращательного, импульс, моментимпульса твёрдого тела, закон сохранения момента импульса, кинетическаяэнергия вращающегося твёрдого тела. Также выявлялось овладение студентамиумением применять эти знания при решении физических задач как простых, таки сложных.Контрольная работа включала в себя следующие вопросы по разделу«Вращательное движение твёрдого тела» :Контрольная работа по теме «Вращательное движение твёрдоготела» для выявления уровня знаний студентов1.

Круговой, плоский, тонкий диск равномерно вращается вокруг оси,проходящей через центр перпендикулярно к плоскости диска. VA - линейнаяскорость точки А, находящейся на ободе диска, VB - линейная скорость точкиB , находящейся на расстоянии, равном половине радиуса диска. Найдитеотношение VA и VB.2. Твердое тело вращается вокруг неподвижной оси так, что зависимостьугла поворота тела от времени задается уравнением φ = 10 + t2. Найдитеугловую скорость и угол тела через 5 с после начала движения.3.

Тело начинает вращаться с постоянным угловым ускорением β = 0,04рад/с2. Через какое время после начала вращения полное ускорение какой –либо115точки тела будет направлено под углом θ = 760 к направлению скорости этойточки?4. Определить момент инерции однородного стержня длиной L = 50 см имассой М = 360 г относительно оси вращения:а. проходящей через середину стержня;б. проходящей перпендикулярно к стержню и расположенной нарасстоянии 10 см от его середины;5. Маховик, масса которого(m = 200 кг) распределенаm2поободу диаметром 1 м, увеличиваетскорость от 0 до 2 об/с в течение 10с.Пренебрегаятрением,определите энергию, сообщеннуюm1маховику;моментсилы,Рис.20Рис 1действующей на маховик; моментимпульса относительно оси вращения через 10 с после начала вращения6.

Тело массой m1 = 0,25 кг, соединенное невесомой нитью посредствомблока (в виде полого тонкостенного цилиндра) с телом массой m2 = 0,2 кг,скользит по поверхности горизонтального стола (рис. 20). Масса блока m = 0,15кг. Коэффициент трения тела о поверхность μ = 0,2. Пренебрегая трением вподшипниках, определите ускорение a, с которым будут двигаться эти тела исилы натяжения нити Т1, Т2 по обе стороны блока.7. Приведите форму момента импульса твердого тела и сформулируйтезакон сохранения импульса. Человек массой m1 = 60 кг стоит на краюнеподвижной платформы массой m2 = 100 кг и радиусом R = 1,5 м. Платформаможет вращаться без трения вокруг вертикальной оси, проходящей через еёцентр. С какой угловой скоростью будет вращаться платформа, если человекбудет идти по краю платформы со скоростью v = 1 м/с относительноплатформы? Считать платформу однородным диском.1168. Горизонтальная платформа радиусом R = 1,5м и массой m1 = 100 кгвращается вокруг вертикальной оси, проходящей через ее центр, с частотой n1 =10 об/мин.

Человек массой m2 = 60 кг стоит на краю платформы. Какую работуA совершает человек при переходе от края платформы к ее центру?9. С наклонной плоскости высотой h скатываются без начальной скоростидиск, шар, обруч. Найдите скорость центра масс для каждого из этих тел вконце наклонной плоскости. Проскальзывание отсутствует.10. Дайте определение и объяснение гироскопического эффекта.Результаты усвоения темы и результаты умения студентов применятьполученные знания при решении физических задач на заданном уровнепредставлены в таблице 7 и на рисунке 28.Таблице 7.Результаты усвоения знаний о вращательном движении твёрдого телаОценкаЭкспериментальная группа(128 студентов)Контрольная группа(129 студентов)Числостудентов%Числостудентов%10000200003043%4108%2116%51814%4031%62520%2721%73326%1915%82822%129%9129%54%1022%11%1170.350.30.250.2Экспериментальная группа0.15Контрольная группа0.10.05012345678910Рис 21.

Гистограмма распределения результатов оценкиуровня усвоения студентами знанийДля оценки эффективности формирования у студентов умения применятьзнания по физике при решении задач, связанных с профессиональнойдеятельностью мы разработали вопросы и задания, выполнение которыхтребует применения базовых понятий общетехнических и специальныхдисциплин специальности D510202 «Технология машиностроения», таких какпроизводство машин, теоретическая механика, принцип резания, технологиямашиностроения, режущий станок, принцип - детали машин.Вопросы и задачи по теме «Вращательное движение твёрдого тела»для выявления умениястудентов применять знания по физике впрофессиональной деятельности.1. Какое движение называется поступательным? Приведите примерыпоступательных движений металлорежущего инструмента.2.

Приведите примеры вращательного движения твердого тела вметаллорежущих станках и опишите их угловую скорость и угловое ускорение.3. Чему равно скалярное произведение скорости и ускорения точки,лежащей на поверхности сверла, фрезы и т.п. в случае равномерного движенияпо окружности?4. Какое явление происходит при вращении твердого тела, еслиповоротная ось не проходит через центр тяжести?1185. Какова связь угловой и линейной скоростей точки, лежащей нарежущей кромке сверла?6.Какуюрольиграетпередаточныймеханизм,находящийсявметаллорежущих станках? Приведите примеры передаточных механизмов иопишите принцип их работы.7.Приведитепримерывращательногодвижениядеталейвметаллорежущих станках и определите направление их момента импульса.8.

Каков характер движения сверла при обработке отверстий насверлильных станках?9. Как влияет скорость продольного перемещения резца на качествообрабатываемой поверхности при точении на токарном станке?10. Какие виды движений совершают точки на поверхности детализаготовки и режущей кромке резца для образования цилиндрическойповерхности детали при обработке на токарном станке? Для образованияконической поверхности? Для образования сферической поверхности?Задача 1. Шлифовальный круг в форме сплошного цилиндра радиусом7,5 см, вращается вокруг неподвижной оси, проходящей через его центр сугловой скоростью 120 с-1, тормозится, движется равнозамедленноиостанавливается через 30 сек.

Характеристики

Список файлов диссертации