Ćwiczenie Nr 208

Temat: Wyznaczanie momentu bezwładności za pomocą przyrządu Hartle'a

I. Literatura:

1. D.Halliday, R.Resnick, Fizyka, t.1, PWN, W-wa,

2. A.Dietłaf, B.Jaworski, Kurs fizyki, t.1, PWN, W-wa 1980,

3. R.P.Feynman, Feynmana wykłady z fizyki, t.1, cz. 1, PWN, W-wa,

4. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki w politechnice, praca zbiorowa pod red.T.Rewaja, PWN, W-wa 1978.

II. Tematy teoretyczne:

1. definicja i sposoby wyznaczania momentu bezwładności brył sztywnych,

2. energia kinetyczna bryły sztywnej w ruchu obrotowym,

3. zasada zachowania energii,

4. tarcie, prawa sił tarcia i jej wpływ na zachowanie energii.

III. Metoda pomiaru:

Stosując zasadę zachowania energii do układu doświadczalnego z przyrządem Hartle'a otrzymuje się wyrażenie, z którego można wyznaczyć całkowity moment bezwładności (I_c) badanej tarczy (I) wraz z obracającymi się częściami przyrządu (I_o).

gdzie: r - promień bębna, h - odległość między górną i dolną podstawami elektromagnesu, m₁, m₂ - masy ciężarków , t₁ , t₂ - czas opadania ciężarka pierwszego i drugiego, I -moment bezwładności danej tarczy, I_o - moment bezwładności obracających się części przyrządu (bez tarcz)

IV. Zestaw pomiarowy:

przyrząd Hartle'a, badane tarcze, suwmiarki, stoper, dwa ciężarki, waga laboratoryjna, komplet odważników. Brakujące przyrządy proszę wypożyczyć w pok. 722 pod zastaw legitymacji.

V. Wykonanie ćwiczenia:

1. Zmierzyć średnicę 2r i wyznaczyć promień bębna przyrządu r (bloczek z nawiniętą nitką).Uwzględnić głębokość rowka (s=4,5mm) oraz grubość nitki (g ≈ 0,5mm) zgodnie z rysunkiem:

RYSUNEK BLOCZKA

2. Wyznaczyć masy (M₁,...,M₅) i promienie (R₁,...,R₅) badanych tarcz. (mierząc suwmiarką średnice 2R)

3. Zamocować pierwszą tarczę na osi bębna..

4. Przygotować przyrząd do pomiaru:

a) włączyć przyrząd przyciskiem "CETb",

b) ustalić położenie górnej zapory świetlnej na wybranej wysokości, (między 35 a 45 cm). Zapisać tę wysokość w tabeli.

c) zawiesić ciężarek o masie m₁ na nitce, (masy m₁, m₂ podane są w tabeli),

d) wcisnąć przycisk "yck", nawinąć nitkę na poziomy blok i przełożyć ją przez blok pionowy tak, aby zwisający na nitce ciężarek przechodził centralnie zarówno przez górną jak i przez dolną zaporę świetlną. W razie potrzeby skorygować położenie zapór świetlnych, a jeśli i to nie pomoże wypoziomować przyrząd wkręcając - wykręcając jego nóżki

5. ustalić położenie ciężarka tuż nad górną zaporą świetlną i wyłączyć (zwolnić) przycisk "yck",

6. skasować wskazania czasomierza przyciskiem "CБPOC",

PRZYRZĄD JEST PRZYGOTOWANY DO POMIARU

5. Wykonać pomiary czasu opadania ciężarka. W tym celu:

a) wcisnąć ponownie przycisk "yck",

2. odczytać wskazania czasomierza,

3. wcisnąć przycisk "CБPOC",

4. ustalić położenie ciężarka tuż nad górną zaporą świetlną i wyłączyć (zwolnić) przycisk "yck",

i) pomiary z punktów "e" do "d" powtórzyć pięciokrotnie,

j) powyższe pomiary powtórzyć dla ciężarka o masie
,

6. Pomiary z punktu 5 powtórzyć dla pozostałych czterech tarcz oraz bez żadnej tarczy.

7. Obliczyć momenty bezwładności obracających się części przyrządu wraz z tarczami (I_c) (z wzoru powyżej) oraz moment bezwładności I_o samego przyrządu Hartle'a, bez tarcz (wzór poniżej):

jest czasem opadania odważnika m₁, a
- odważnika m₂ , gdy na przyrządzie nie ma tarcz,

7. obliczyć momenty bezwładności dla badanych tarcz ( I = I_c -I_o ),

8. Obliczyć momenty bezwładności tarcz ze wzoru teoretycznego ( I^' = ½M^.R² )

9. Na podstawie wyników otrzymanych w punktach 7 i 8 przedstawić na wspólnym wykresie zależności
   oraz
   

10. Obliczyć niepewności pomiarowe i ocenić wielkość rozbieżności między wykresami. Określić ich przyczynę

11. Wyniki pomiarów i obliczeń umieścić w tabeli:

Nr tarczy	t1 [s]	t2 [s]	Ic [kg^.m^2]	Io [kg^.m^2]	I= Ic- Io [kg^.m^2]	M [kg]	R [m]	I' [kg^.m^2]
1				======
2				======
3				======
4				======
5				======
Bez tarczy			========
	h = ...		r = ...		m1 = 6,041g		m1 = 9,190g

---