Nr. Ćw:

Data wykonania ćw:

Marcin Wrotniak

PWSZ w Kaliszu

MBM

Semestr II

2

29.04.2011

Mateusz Grajek

Grupa 1b

Zespół 1

Temat: Wyznaczanie parametrów

Prowadzący:

Przygotowanie:

Wykonanie:

Ocena :

ruchu obrotowego bryły sztywnej

dr inż. Justyna

Barańska

1. Część teoretyczna.

Druga zasada dynamiki dla ruchu obrotowego – Moment siły działającej na bryłę sztywną jest równy iloczynowi momentów bezwładności I tej bryły I jej przyspieszenia kątowego .

M = I ⋅α

M

oment bezwładności – punkt materialnego A względem osi jest iloczyn masy tego punktu m i kwadratu jego odległości d od osi. Moment bezwładności ciała sztywnego jest miarą jego bezwładności w ruchu obrotowym, podobnie jak masa punktu materialnego jest miarą jego bezwładności w ruchu postępowym.

n

2

I = ∑ m ri

i 1

=

i

moment bezwładności danego ciała można wyrazić także wzorem 2

I = mk

Twierdzenie Steinera – moment bezwładności I ciała względem dowolnej osi obrotu nie przechodzącej przez jego środek masy jest większy od momentu bezwładności I względem osi równoległej przechodzącej przez środek masy ciała o iloczyn masy ciała m i kwadratu odległości d między obiema osiami.

2

I = I + ma

0

Moment siły – jeśli na ciało nie działa żaden moment siły to moment pedu tego ciała jest stały ( ciało obraca się ze stałą prędkością kątową ).

M = r ⋅ F

3.Tabele pomiarowe: Dla masy W1:

Wielkość

Wartość

Pomiar 1

Pomiar 2

Pomiar 3

h

[m]

0,015

0,0151

0,015

R

[m]

0,01985

0,0199

0,0199

hśr

[m]

0,01503

Rśr

[m]

0,019883

d

[m]

0,174

Mw

[kg]

0,1483

Mwr

[kg]

0,233(dla 2 ciężarków)

0,1923(dla 3 ciężarków)

ρ(z tablic)

[kg/m3]

7900

Dla masy W2:

Wielkość

Wartość

Pomiar 1

Pomiar 2

Pomiar 3

h

[m]

0,015

0,015

0,0149

R

[m]

0,0199

0,01985

0,01985

hśr

[m]

0,01497

Rśr

[m]

0,019867

d

[m]

0,174

Mw

[kg]

0,1484

Mwr

[kg]

0,233(dla 2 ciężarków)

0,1923(dla 3 ciężarków)

ρ (z tablic)

[kg/m3]

7900

Dla masy W3:

Wielkość

Wartość

Pomiar 1

Pomiar 2

Pomiar 3

h

[m]

0,015

0,015

0,015

R

[m]

0,01985

0,0199

0,0199

hśr

[m]

0,015

Rśr

[m]

0,019883

d

[m]

0,174

Mw

[kg]

0,1485

Mwr

[kg]

0,233(dla 2 ciężarków)

0,1923(dla 3 ciężarków)

ρ (z tablic)

[kg/m3]

7900

Dla masy W4:

Wielkość

Wartość

Pomiar 1

Pomiar 2

Pomiar 3

h

[m]

0,015

0,0149

0,015

R

[m]

0,0199

0,0199

0,01985

hśr

[m]

0,01497

Rśr

[m]

0,019883

d

[m]

0,173

Mw

[kg]

0,1489

Mwr

[kg]

0,233(dla 2 ciężarków)

0,1923(dla 3 ciężarków)

ρ (z tablic)

[kg/m3]

7900

Dla wlaca C:

Wielkość

Wartość

Pomiar 1

Pomiar 2

Pomiar 3

dc

[m]

0,0299

0,0298

0,0299

lc

[m]

0,05

0,0499

0,05

dcśr

[m]

0,029867

lcśr

[m]

0,049967

ρ (z tablic)

[kg/m3]

7900

Mc

[kg]

0,02764

Dla pręta l:

Wielkość

Wymiar

Pręt 1

Pręt 2

Pręt 3

Pręt 4

ll

[m]

0,174

0,174

0,174

0,173

dl

[m]

0,006

0,006

0,006

0,0061

llśr

[m]

0,17375

dlśr

[m]

0,006025

ρ (z tablic)

[kg/m3]

7900

Ml

[kg]

0,03911

pomiary

Wyniki obliczeń

Liczba

Czas

Odległość d

Masa

lp.

obrotów

spadania mas od osi

I

m

c

Iw

Ip

I

N

masy t

walca

[kg]

-

[s]

[m]

[kgm2]

[kgm2]

[kgm2]

[kgm2]

1

0,1011

4

15,36

0,182

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0214

2

0,1512

4

11,32

0,182

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0214

3

0,1011

4

13,97

0,167

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0182

4

0,1512

4

10,95

0,167

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0182

5

0,1011

4

13

0,15

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,015

6

0,1512

4

9,8

0,15

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,015

7

0,1011

4

8,68

0,1

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0076

8

0,1512

4

6,94

0,1

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0076

9

0,1011

4

6,88

0,07

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0046

10

0,1512

4

5,44

0,07

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0046

11

0,1011

4

6,16

0,05

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0032

12

0,1512

4

4,86

0,05

3,082*10-5

1,746*10-5 3,9356*10-4

0,0032

Tabele dla obliczeń regresji liniowej: Dla 2 ciężarków

Dla 3 ciężarków

2ciężarki 3ciężarki

d2

t2

d2

t2

I

I

[m2]

[m2]

[m2]

[m2]

[kgm2]

[kgm2]

0,033

235,93

0,033

128,14

0,033

0,028

0,0279

195,16

0,0279

119,9

0,028

0,024

0,0225

169

0,0225

96,04

0,023

0,02

0,01

75,34

0,01

48,16

0,012

0,01

0,0049

47,33

0,0049

29,59

0,0071

0,0067

0,0025

37,95

0,0025

23,62

0,0048

0,0049

4.Obliczenia:

promień dla mas W1, W2, W3, W4:

1

R =

⋅ d

2

1

R =

⋅39,7 mm =19,85 mm = 0,01985 m 2

1

R =

⋅39,8 mm =19,9 mm = 0,0199 m 2

1

R =

⋅39,7 mm =19,85 mm = 0,01985 m 2

wartości średnie:

1 n

h =

h

Σ

sr

i

n i 1

=

0, 015 m + 0, 0151 m + 0, 015 m h =

= 0,01503 m

sr

3

0, 015 m + 0, 015 m + 0, 0149 m h =

= 0,01497 m

sr

3

0, 015 m + 0, 015 m + 0, 015 m h =

= 0,015 m

sr

3

1 n

R =

R

Σ

sr

i

n i 1

=

0, 01985 m + 0, 0199 m + 0, 0199 m R =

= 0,019883 m

sr

3

0, 0199 m + 0, 01985 m + 0, 01985 m R =

= 0,019867 m

sr

3

0, 01985 m + 0, 0199 m + 0, 0199 m R =

= 0,019883 m

sr

3

moment bezwładności walca C:

1

I =

⋅ M ⋅ r

c

2

c

c

M

d

c

csr

2

δ =

Ţ M = δ ⋅ V = δ ⋅π (

) ⋅ l

c

V

2

kg

0, 029867

kg

2

3

M = 7900

⋅3,14⋅(

m) ⋅ 0, 049967 m = 0, 2764[

⋅ m = kg]

c

3

3

m

2

m

1

0, 029867

2

5

−

2

I =

⋅0,2764 kg ⋅(

m) = 3, 082 ⋅10 [ kg ⋅ m ]

c

2

2

moment bezwładności pręta l: 1

2

I = ⋅ M ⋅ l

p

3

l

sr

M

d

kg

0, 006025

l

lsr

2

2

δ =

Ţ M = δ ⋅π (

) l

= 7900

⋅3,14⋅(

m) ⋅ 0,17375 m = 0, 03911 kg l

lsr

3

V

2

m

2

1

2

4

−

2

I = ⋅ 0, 03911 kg ⋅ (0,17375 m) = 3,9356 ⋅10 kgm p

3

moment bezwładności masy W:

1

1

2

2

2

2

2

I = M ( R +

h )[ kg( m + m ) = kgm ]

w

w

4 w

12 w

1

1

2

2

5

−

2

I = 0,148525 kg[ (0, 019879) +

(0, 0149925) ] = 1, 746⋅10 [ kgm ]

w

4

12

moment bezwładności brył biorących udział w ruchu: 2

I = I + 4 M d

0

w

I = I + 4 I + 4 I 0

c

p

w

5

−

2

4

−

2

5

−

2

3

−

2

I = 3, 082 ⋅10 kgm + 4 ⋅3,9356 ⋅10 kgm + 4 ⋅1, 746 ⋅10 kgm = 1, 675⋅10 kgm 0

3

−

2

2

2

I = 1, 675 ⋅10 kgm + 4 ⋅ 0,148525 kg ⋅ (0,182 m) = 0, 0214 kgm 1

3

−

2

2

2

I = 1, 675⋅10 kgm + 4 ⋅ 0,148525 kg ⋅ (0,167 m) = 0, 0182 kgm 2

3

−

2

I = 1, 675⋅10 kgm + 4 ⋅ 0,148525 kg ⋅

2

2

(0,15 m) = 0, 015 kgm

3

moment ciężkości działającego na bryłę:

−>

−>

M =

× m

r

g

M = rmg ⋅sin 90°

d

0, 0144 m

r =

=

= 0,0072 m

2

2

dla 2 ciężarków:

M=0,0072m*0,1011kg*9,81m/s2=0,00714Nm dla 3 ciężarków:

M=0,0072m*0,1512kg*9,81m/s2=0,01068Nm przyspieszenie kątowe:

4π N

α = 2 t

dla 2 ciężarków:

4 ⋅ 3,14 ⋅ 4

1

α =

= 0,213

1

2

2

(15, 36 s)

s

4 ⋅ 3,14 ⋅ 4

1

α =

= 0, 257

2

2

2

(13, 97 s)

s

4 ⋅ 3,14 ⋅ 4

1

α =

= 0, 297

3

2

2

(13 s)

s

1

α = 0,667

4

2

s

1

α =1,061

5

2

s

1

α =1,32

6

2

s

dla 3 ciężarków:

1

α = 0,392

1

2

s

1

α = 0,419

2

2

s

1

α = 0,523

3

2

s

1

α =1,043

4

2

s

1

α =1,698

5

2

s

1

α = 2,127

6

2

s

moment ciężkości działający na bryłę M=I*α

dla 2 ciężarków:

1

2

3

M = 0, 0214 kgm ⋅ 0, 213

= 4,5582⋅10− Nm

1

2

s

1

2

3

M = 0, 0182 kgm ⋅ 0, 257

= 4,6774⋅10− Nm

2

2

s

1

2

3

M = 0, 015 kgm ⋅ 0, 297

= 4, 455⋅10− Nm

3

2

s

3

M = 5, 0692 ⋅10− Nm

4

3

M = 4,8806 ⋅10− Nm

5

3

M = 4, 224 ⋅10− Nm

6

dla 3 ciężarków:

3

M = 8,3888⋅10− Nm

1

3

M = 7, 6258⋅10− Nm

2

3

M = 7,845⋅10− Nm

3

3

M = 7,9268⋅10− Nm

4

3

M = 7,8108⋅10− Nm

5

3

M = 6,8064 ⋅10− Nm

6

regresja liniowa:

Σ x y

Σ

Σ xy −

2 2

2 2

2

m s − m s

s

n

a =

[

=

]

2

4

4

2

Σ

−

2

( x)

m

m

m

x

Σ − n

2

y

Σ − a x

Σ

s

2

2

2

b =

[ s −

m = s ]

2

n

m

dla 2 ciężarków:

x

Σ y =18,14

x

Σ = 0,1

y

Σ = 760,7

2

x

Σ = 0,0025

2

( x

Σ ) = 0,01

0,1⋅ 760, 7

18,14 −

2

6

s

a =

= 6554[

]

2

0, 01

m

0, 0025 − 6

760, 7 − 6554 ⋅ 0,1

2

b =

=17,55[ s ]

6

y=6554x+17,55

dla 3 ciężarków:

Σ xy =10,44

Σ x = 0,1

Σ y = 445, 46

2

Σ x = 0,0025

2

( x

Σ ) = 0,01

0,1⋅ 445, 46

10, 44 −

2

6

s

a =

= 3618,8[

]

2

0, 01

m

0, 0025 − 6

445, 46 − 3618,8⋅ 0,1

2

b =

=13,93[ s ]

6

y=3618,8x+13,93

obliczenie masy walca W z regresji liniowej: amr g

c

M =

w

16π N

dla 2 ciężarków:

2

s

6554

⋅0,00714 Nm

2

2

2

s

m

m

M =

= 0,233[

kg

= kg]

w

2

2

16 ⋅ 3,14 ⋅ 4

m

s

dla 3 ciężarków:

Mw=0,1923kg

obliczenie momentu bezwładności regresją liniową: dla 2 ciężarków:

bmr g

c

I =

0

4π N

2

2

17, 55 s ⋅ 0, 00714 Nm

−

m

3

2

2

I =

= 2, 49⋅10 [ s ⋅ kg

= kgm ]

0

2

4 ⋅ 3,14 ⋅ 4

s

dla 3 ciężarków:

I0=2,96*10-3

5.

Obliczenia błędów:

błąd Rsr:

ε1=0.01985 - 0.019883 = -0,000033

ε2=0,0199 - 0,019883 = 0.000017

ε3=0,01985 - 0,019883 = -0,000033

1

n

2

σ =

ε

Σ

s

n( n −1)

i

i 1

=

5

σ =1,7214⋅10−

s

błąd hsr

ε = 0,015 − 0,01503 = −0,00003

1

ε = 0,0151− 0,01503 = 0,00007

2

ε = 0,015 − 0,01503 = −0,00003

3

9

6, 7 ⋅10−

σ =

= 0,0000334

s

3(3 −1)

błąd dcsr:

ε = 0,0299 − 0,029867 = 0,000033

1

ε = 0,0298 − 0,029867 = −0,000067

2

ε = 0,0299 − 0,029867 = 0,000033

3

9

6, 667 ⋅10−

σ =

= 0,000033

s

3(3 −1)

ε = 0,05 − 0,049967 = −0,000033

1

ε = 0,0499 − 0,049967 = −0,000067

2

ε = 0,05 − 0,049967 = −0,000033

3

9

6, 667 ⋅10−

σ =

= 0,000033

s

3(3 −1)

błąd lcsr:

błąd llsr:

ε = 0,174 − 0,17375 = 0,00025

1

ε = 0,174 − 0,17375 = 0,00025

2

ε = 0,174 − 0,17375 = 0,00025

3

ε = 0,173− 0,17375 = 0

− ,00075

4

7

7, 5 ⋅10−

σ =

= 0,00025

s

4(4 −1)

błąd dlsr:

ε = 0,006 − 0,006025 = −0,000025

1

ε = 0,006 − 0,006025 = −0,000025

2

ε = 0,006 − 0,006025 = −0,000025

3

ε = 0,0061− 0,006025 = 0,000075

4

9

7, 5 ⋅10−

σ =

= 0,000025

s

4(4 −1)

obliczenia błędów metodą różniczki zupełnej: 1

2

I =

M r

c

2

c c

dI

1

c

2

= r

dM

2 c

c

dIc = M rcc

drc

1 2

I

∆ = r ⋅ M

∆

+ M r r

∆ = 0,0000038

c

2 c

c

c

c

c

1

2

I = M ⋅ l

p

3

l

sr

dI p

1

2

= l

dM

3 sr

l

dI p

2

= M l

dl

3

l sr

sr

1

2

2

I

∆

|

= l ⋅ M

∆

| + |

M l ⋅ l

∆ |= 0,000005537

p

3 sr

l

3

l sr

sr

 1

1



1

1

2

2

I

∆

=  ⋅ r +

⋅ h  ⋅ ∆ m

+ m ⋅ ⋅ r ⋅ r

∆

+ m ⋅ ⋅ h ⋅ h

∆

=

W

 4

W

12

W

W

W



2

W

W

W

6

W

w

−6

= 7

,

0

4 ⋅10

[

2

kg ⋅ m ]

6

I

∆ = I

∆ + I

∆ + I

∆ = 10 5

, 4 ⋅10− kg ⋅ m

0

C

W

P

[

2 ]

2

I

∆ = I

∆ + ( I + 4⋅ d )⋅ m

∆

+ ( I + 8⋅ m d)⋅ d

∆

1

0

0

w

0

W

−6

−6

−6

−6

= 10 5

, 4 ⋅10

+11 9

, 4 ⋅10

+1 ,

0 22 ⋅10

= 3 ,

2 7 ⋅10 [

2

kg ⋅ m ]

6

−

2

I

∆ = 28,92⋅10 kgm

2

6

−

2

I

∆ = 25,46⋅10 kgm

3

6

−

2

I

∆ = 22,31⋅10 kgm

4

6

−

2

I

∆ =19,49⋅10 kgm

5

6

−

2

I

∆ = 17,22⋅10 kgm

6

6.Zestawienie wyników z prawidłowym zaokrądleniem: R = (0, 019883 ± 0, 000033) m 2

=

±

sr

I

(0, 0000308 0, 0000038) kgm

c

h = (0, 01503 ± 0, 00003) m 2

sr

I = (0, 0003935 ± 0, 0000055) kgm p

d

= (0,029867 ± 0,000033) m

csr

2

I = (0, 0000174 ± 0, 0000074) kgm w

l

= (0,049967 ± 0,000033) m

csr

2

I = (0, 0214 ± 0, 0000032) kgm 1

l

= (0,17375± 0,00025) m

lsr

2

I = (0, 0182 ± 0, 0000028) kgm 2

d

= (0,006025 ± 0,000025) m

lsr

2

I = (0, 015 ± 0, 0000025) kgm 3

2

I = (0, 0076 ± 0, 0000022) kgm 4

I = (0, 0046 ± 0, 0000

2

019) kgm

5

2

I = (0, 0032 ± 0, 0000017) kgm 6

7.wykres:

8.wnioski:

Badając parametry ruchu obrotowego bryły sztywnej wnioskujemy iż im bliżej ustawiliśmy walce W na ramionach tym mniejszy okazywał się całkowity moment bezwładności I i jednocześnie zmniejszał się moment pędu M, oraz ciężarek opadający szybciej pokonywał pewną wysokość.