May 20, 2020

Answers

1. Момент інерції — скалярна величина, що є мірою інертності для обертального руху аналогічно до маси для поступального.

2.

3. Період коливань крутильного маятника визначається з формули

(1)

де J - момент інерції маятника.

Для визначення J за формулою (1), крім виміряного Т, необхідно знати модуль кручення дроту f. Це ускладнення можна обійти, навантажуючи крутильний маятник тілами правильної геометричної форми, момент інерції яких легко обчислити. У даній роботі - це 8 металевих дисків, сумарна маса яких m

Якщо диски насадити на шпильки а (по два диски на кожну шпильку), то період коливання одержаної системи

(2)

де J1 — сумарний момент інерції дисків відносно осі обертання маятника.

Якщо ж диски насадити на шпильки b (також по два на кожну шпильку), то період коливання системи

(3)

де J2- сумарний момент інерції дисків відносно осі обертання маятника в новому положенні дисків.

З (2) і (3) в результаті нескладних перетворень одержимо:

(4)

Для визначення і J1, , J2 використаємо теорему Штeйнера, згідно з якою:

(5)

де J0 - сумарний момент інерції всіх дисків відносно осі, що проходить через їх геометричний центр паралельно до осі обертання.

Підставивши J1, J2 з (5) в (4), одержимо:

(6)

Якщо сумарна маса дисків m, а діаметр диска D, то J0 визначиться як:

(7)

Отже:

4:

5: Знак мінус показує, що момент сили, М протидіє повороту диска. Якщо диск відпустити, то під дією моменту М, диск набуде кутового прискорення

, (11.2)

де І – момент інерції. Отже, рівняння руху диска набере вигляду

. (11.3)

Відомо, що

. (11.4)

Підставивши в (11.3) вирази (11.2) і (11.4) одержимо рівняння

. (11.5)

Поділимо рівняння на І, перенесемо всі члени у ліву частину і введемо позначення

. (11.6)

Тепер рівняння руху набере вигляду

. (11.7)

Рівняння (11.7) - це диференціальне рівняння гармонійного коливання. Тобто, наш диск буде здійснювати крутильні коливання з круговою частотою

. (11.8)

Відповідно період коливань

. (11.9)

Якщо на диск покласти тіло будь-якої форми, але так, щоб центр мас тіла лежав на одній вертикалі з центром мас диска, то період крутильних коливань змінюється, тобто

, (11.10)

де І0 —момент інерції покладеного тіла. Розв'язавши систему рівнянь (11.9) і (11.10), знайдемо І0:

. (11.11)

Момент інерції диска І знайдемо, використавши формулу

. (11.12)

Масу диска обчислимо як добуток густини ρ на об'єм диска

, (11.13)

де R — радіус диска, h — його товщина. Одержимо формулу:

. (11.14)

Період коливань визначається як

, де

n

— кількість коливань за час

t

. Для диска безпосередньо вимірюється його діаметр. Якщо кількість коливань,

n

для навантаженого і не навантаженого маятника буде однакова, то формула (11.14), з врахуванням вищесказаного, набере вигляду

, (11.15)

де D – діаметр диска, t1 – час певної кількості коливань маятника, на якому лежить тіло, t – час такої самої кількості коливань не навантаженого крутильного маятника, ρ – густина матеріалу диска, h – товщина диска.

http://www.wikipage.com.ua/1x4308.html