III. Описание экспериментальной установки и метода измерения. Крестообразный маховик (рис

Крестообразный маховик (рис. 6) состоит из четырёх стержней, ввинченных во втулку (1), под прямым углом друг к другу. Втулка насажена на вал, закреплённый в подшипниках, рядом со шкивом (2), на который наматывается нить с подвешенной к нему гирей (3).

Высота, с которой падает гиря, измеряется при помощи линейки (5).

К стержням маховика шпильками крепятся цилиндрические съёмные грузики (4) по одному на каждом стержне, массой т =250г каждый.

Время опускания гири (3) определяется с помощью электросекундомера (6), пуск и остановка которого производится автоматически.

Для этого пружинящий контакт (7) поворачивается из вертикального (а) положения в горизонтальное (б), накрывая один из стержней маховика, и фиксируется в этом положении, с помощью контакта (8) поворачиваемого в горизонтальной плоскости из положения (а) в положение (б).

При этом контакты (7) и (8) замкнуты и секундомер отключён, а маховик удерживается от вращения контактом (7). Установка не действует.

Если с помощью нити (9) перевести контакт (8) в положение (а), контакт (7) при помощи пружины возвращается в положение (а), освобождая маховик.

Одновременно при размыкании контактов (7) и (8) включается секундомер. Он работает до удара гири по площадке (10), которая нажимает на кнопку (11), включенную в схему управления секундомера (для наглядности на рис.6 площадка приподнята).

Большая стрелка секундомера указывает десятые и сотые доли секунды, малая - целые секунды.

Для возвращения стрелки секундомера в исходное положение нужно нажать на кнопку (12), постоянно увеличивая нажим.

Рис. 6

Рис. 7

m1g

Чтобы выяснить, чем определяется характер вращения тела вокруг неподвижной оси, возьмем тело в виде легкой крестовины, на концах которой закреплены равные массивные грузы т. Крестовина скреплена со шкивом, ось которого легко вращается в подшипниках. На шкив наматывается нить, к концу которой подвешена гиря массой m₁. Если отпустить гирю, крестовина придет во вращение со все возрастающей угловой скоростью, причем вращение будет равноускоренным (рис.7). Изменяя массу гири, радиус шкива r, массу грузов m и их расстояния от оси ращения, можно выяснить, что угловое ускорение

- прямо пропорционально натяжению нити Т и радиусу шкива r;

- обратно пропорционально массе грузов m и квадрату их расстояния R от оси вращения.

m₁ а = P - T, Р = m₁ g (14)

тогда

T= m₁ g - m₁ а = m₁(g-а) (15)

Сила ,с которой нить действует но обод шкива, равна по третьему закону Ньютона силе , действующей на гирю.

Вращающий момент, приложенный к телу, равен поэтому:

(16)

В тоже время угловое ускорение:

(17)

Момент инерции маховика находим по формуле:

(18)

Ускорение а находят по времени t, в течение которого гиря m₁ опускается на высоту h:

т.к. (19)

(20)