Колебательные движения Теория вероятностей Рассмотрим абсолютно твердое тело движения твердого тела вокруг неподвижной оси Законы сохранения Исследование законов колебательного движения

Лабораторные работы по физике

Другими опытами, подтверждающим гипотезу де-Бройля, были опыты Томсона и Тартаковского. В этих опытах пучок электронов пропускался через поликристаллическую фольгу (по методу Дебая при изучении дифракции рентгеновского излучения). Как и в случае рентгеновского излучения, на фотопластинке, расположенной за фольгой, наблюдалась система дифракционных колец. Сходство обеих картин поразительно. Подозрение, что система этих колец порождается не электронами, а вторичным рентгеновским излучением, возникающим в результате падения электронов на фольгу, легко рассеивается, если на пути рассеянных электронов создать магнитное поле (поднести постоянный магнит). Оно не влияет на рентгеновское излучение. Такого рода проверка показала, что интерференционная картина сразу же искажалась.

Описание лабораторной работы 105

Цель работы: экспериментальная проверка основного закона динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси:

, (1)

где > – угловое ускорение вращающегося тела; М – вращающий момент сил, приложенных к телу; J – момент инерции тела.

Приборы и принадлежности: маятник Обербека, снабженный электронным секундомером фотоэлектрическими датчиками положения платформы с грузом, набор добавочных грузов.

Описание установки: Маятник Обербека представляет собой инерционное колесо в виде крестовины из четырех стержней, по которым могут перемещаться и закрепляться нужном положении R четыре груза одинаковой массы >(рис. 2). Тем самым можно изменять момент инерции маятника. На оси крестовины имеются два шкива различного радиуса. На тот или иной шкив наматывается нить, на конце которой закреплена платформа с гирьками. Варьируя радиус шкива  и используя гирьки равной массы , можно изменить момент сил, приложенный к маятнику.
Warning: require_once(/pub/home/andrekon21/fishelp/e69027293a254dad2c6f576c5395905eb8f3455a/linkfeed.php) [function.require-once]: failed to open stream: No such file or directory in /pub/home/andrekon21/fishelp/49.php on line 3

Fatal error: require_once() [function.require]: Failed opening required '/pub/home/andrekon21/fishelp/e69027293a254dad2c6f576c5395905eb8f3455a/linkfeed.php' (include_path='.:/usr/local/php5.2/share/pear') in /pub/home/andrekon21/fishelp/49.php on line 3

Электронный миллисекундомер и масштабная линейка, нанесенная на колонне прибора, служат для измерения времени падения > и высоты падения  платформы с гирьками. Эти данные позволяют вычислить линейное ускорение  падения платформы, а затем и угловое ускорение маятника . Время падения платформы измеряется электронным миллисекундомером с помощью электрических сигналов, поступающих с фотоэлектрических датчиков ФЭ-1 и ФЭ-2. Датчики вмонтированы в начале и в конце траектории падения платформы. В установке предусмотрено тормозное устройство, которое удерживает маятник в исходном положении и останавливает его в момент прохождения платформой нижнего датчика ФЭ-2.

Момент инерции маятника >  состоит из момента инерции крестовины (стержней, шкивов, оси)  и момента инерции четырех грузов. Размеры грузов , малы по сравнению с R, поэтому:

 (2)

здесь >, расстояние R от оси вращения до центров масс грузов определяется измерением.

Вращающий момент М сил, приложенных к маятнику, состоит из момента силы натяжения нити > и момента сил трения :

, (3)

где >,  – сила натяжения нити,  – радиус шкива, .

Силу натяжения нити Т находим из уравнения второго закона Ньютона для поступательного движения платформы (рис.2):

, (4)

где m – масса платформы с гирьками (обозначена на платформе и гирьках), а линейное ускорение платформы, g свободного падения.

Тогда вращающий момент М равен

 (5)

Угловое ускорение маятника а связано с линейным ускорением и радиусом шкива уравнением

 (6)

Линейное ускорение а может быть найдено из уравнения равноускоренного движения:

 (7),

где высота падения платформы > и время ее падения  измеряются в эксперименте.

Выполнение измерений и обработка результатов.

1. Установить подвижный (верхний) кронштейн с фотоэлектрическим датчиком ФЭ-1 на заданную высоту (по указанию преподавателя). Измерить расстояние > между верхним и нижним фотоэлектрическими датчиками по линейке, нанесенной на колонне прибора.

2. Установить нужное количество грузов на платформу и определить общую массу m платформы с грузами (масса обозначена платформе грузах).

3. Установить подвижные грузы >  на крестовине маятника в крайнее положение (на концы стержней) и измерить расстояние от оси вращения до их центров масс.

4. Включить сетевой шнур (220В) и нажать кнопку "СЕТЬ" на миллисекундомере прибора. Привести миллисекундомер в исходное положение нажатием кнопки "СБРОС", при этом индицируются нули табло одновременно освобождается блокировка электромагнитного тормозя маятника.

5. По указанию преподавателя выбрать тот или иной шкив для намотки нити, радиусы шкивов равны >. Вращением маятника перевести платформу с грузами в верхнее положение и установить нижний край платформы точно вровень с чертой на корпусе верхнего фотоэлектрического датчика ФЭ-1. Отжать кнопку "ПУСК", тем самым включается электромагнитный тормоз маятника.

6. Нажать повторно кнопку "ПУСК" (при этом тормоз выключается) и измерить по электронному миллисекундомеру с точностью до I мс время падения > платформы с грузами. Измерение повторить три раза и определить среднее значение времени падения .

После каждого измерения следует нажимать кнопку "СБРОС".

7. Повторить измерения по п.6 при различных положениях подвижных грузов на крестовине (у центра, середине стержней).

8. Повторить измерения по п.6, изменив массу грузов на платформе.

9. Результаты всех измерений занести в таблицу 1.

10. По формулам (7), (б), (5), (2) последовательно для каждого измерения найти: а – линейное ускорение платформы, > – угловое ускорение маятника, М – вращающий момент сил,  – момент инерции маятника. Вычисленные значения записать в таблицу 1.

11. Вычислить отношение момента сил к моменту инерции маятника > в каждом измерении, результаты записать в таблицу 1.

12. По результатам измерений построить график зависимости >, провести его анализ и сделать заключение о справедливости основного закона .

Контрольные вопросы

1. Дайте определение абсолютно твердого тела.

2. Что называется: моментом силы относительно оси?

3. Что называется моментом инерции твердого тела?

4. Сформулируйте и запишите основное уравнение динамики вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси.

5. Из чего состоит момент инерции маятника Обербека?

б. Получите формулу (5).

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДИНАМИКИ И КИНЕМАТИКИ ПОСТУПАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ НА МАШИНЕ АТВУДА Цель работы: проверка второго закона Ньютона и уравнений равноускоренного прямолинейного движения.

Изучение законов равноускоренного прямолинейного движения

Опрелеление моментов инерции тел методом колебаний

В общем случае криволинейного (и прямолинейного) движения средняя скорость может быть различной на разных участках траектории и зависеть от пути Δs, или, что то же, промежутка времени Δt. Следовательно, > недостаточно полно характеризует движение

Спираль Френеля.

Рассмотрим графический метод сложения амплитуд. В этом простом и наглядном методе каждую полуволновую зону Френеля дополнительно мысленно разбивают на весьма узкие кольцевые зоны. Амплитуду колебаний, создаваемых вторичными источниками каждой из таких зон, изобразим вектором d. Вследствие увеличения расстояния r и уменьшения коэффициента К амплитуда колебаний, создаваемых каждой следующей узкой кольцевой зоной, будет убывать по модулю и отставать по фазе от колебаний, создаваемых предыдущей зоной. Изобразив отставание по фазе поворотом каждого вектора d против часовой стрелки на соответствующий угол, получим цепочку векторов, векторная сумма которых и есть результирующая амплитуда колебаний в точке Р.

На рис.3.8.5a показан результат действия 1-й зоны Френеля. Здесь амплитуда колебаний dAN от узкого кольца, прилегающего к границе 1-й зоны Френеля, отстает по фазе на π от амплитуды колебаний, приходящих в точку Р из центра 1-й зоны — от точки

 Рис.3.8.5.

О - поэтому соответствующие этим амплитудам векторы взаимно противоположны по направлению.

Продолжая построение, получим векторную диаграмму для результирующей амплитуды колебаний в точке Р от действия первых двух зон Френеля (рис.3.8.5б), затем от первых трех зон Френеля (рис.3.8.5в) и т. д. Цепочка по мере увеличения числа узких кольцевых зон будет “закручиваться” в спираль, и в результате амплитуда от действия

всех зон (всей волновой поверхности) будет равна Аµ (рис.3.8.6). Эту спираль называют спиралью Френеля. Квадрат этой величины Рис.3.8.6.

характеризует интенсивность в точке Р, если волна

распространяется в отсутствие всяких преград (полностью открытый волновой фронт). 

При построении векторной диаграммы мы получаем спираль (а не окружность), так как амплитуды, создаваемые отдельными зонами, как уже говорилось, монотонно слабо убывают.

Дифракция Френеля от круглого отверстия и круглого диска.

Используя разобранный метод, можно достаточно легко решить задачу о дифракции от простейших преград.

Фотоэффект и работа выхода в сильной степени зависят от состояния поверхности металла (в частности, от находящихся на ней окислов и адсорбированных веществ). Поэтому долгое время не удавалось проверить формулу Эйнштейна с достаточ­ной точностью. В 1916 г. Милликен создал прибор, в котором исследуемые поверхности подвергались очистке в вакууме, после чего измерялась работа выхода и исследовалась зависимость максимальной кинетической энергии фотоэлектронов от частоты света (эта энергия определялась путем измерения задерживаю­щего потенциала UЗ).
Затухающие колебанияе