МП ТехМех лаб раб ( с 23 по 41 стр). Определение центра тяжести плоских фигур
 Скачать 482.5 Kb.
|
Лабораторная работа № 1Тема: «Определение центра тяжести плоских фигур» Цель работы: Определить центр тяжести сложной плоской фигуры аналитическим и опытным путями. Теоретическое обоснование Материальные тела состоят из элементарных частиц, положение которых в пространстве определяется их координатами. Силы притяжения каждой частицы к Земле можно определить системой параллельных сил, равнодействующая этих сил называется силой тяжести тела. Центр тяжести тела – это точка приложения силы тяжести. Центр тяжести – это геометрическая точка, которая может быть расположена и вне тела. Большое практическое значение имеет определение центра тяжести тонких плоских однородных пластин. Их толщиной можно пренебречь и считать, что центр тяжести располагается в плоскости. Установка для испытания. Для определения центра тяжести способом подвешивания используют вертикальную стойку с иглой, отвесом. Порядок проведения работы Ознакомиться с устройством установки для определения центра тяжести плоской фигуры. Начертить фигуру сложной формы, состоящую из 3-4 простых фигур (треугольники, прямоугольники, круг и т.д.) и проставить её размеры. Аналитический способ определения центра тяжести Провести оси координат так, чтобы они охватывали всю фигуру. Разбить сложную фигуру на простые фигуры. Определить площади и координаты центра тяжести каждой простой фигуры относительно выбранной системы координат. Данные записать в таблицу отчёта. Вычислить координаты центра тяжести всей сложной фигуры. Определение центра тяжести опытным путем способом подвешивания Вырезать данную фигуру из плотной бумаги (картона). Проколоть два отверстия в произвольно расположенных точках. Подвесить фигуру сначала в одной точке (отверстии), прочертить карандашом линию, совпадающую с нитью отвеса. То же повторить при подвешивании фигуры в другой точке. В точке пересечения линий располагается центр тяжести данной фигуры. Замерить координаты «Хоп» и «Уоп». Совместить вырезанную плоскую фигуру с ее изображением на бумаге (масштаб одинаковый). Центры тяжести фигуры, найденные аналитическим и опытным путем должны совпадать. Контрольные вопросы: Можно ли рассматривать силу тяжести тела, как равнодействующую систему параллельных сил? Может ли располагаться центр тяжести вне самого тела? В чём сущность опытного определения центра тяжести плоской фигуры? Как определяется центр тяжести сложной фигуры, состоящей из нескольких простых фигур? Как следует рационально производить разбивку сложной фигуры на простые при определении центра тяжести всей фигуры? Какой знак имеет площадь отверстий в формуле для определения центра тяжести? На пересечении каких линий треугольника находится его центр тяжести? Если фигуру трудно разбить на небольшое число простых фигур, какой способ определения центра тяжести может дать наиболее быстрый ответ? Каким свойством обладает центр параллельных сил? Как изменится положение центр тяжести параллельных сил, если систему параллельных сил повернуть вокруг точек их приложения на один и тот же угол? Что называется центром тяжести тела? Где располагается центр тяжести плоской фигуры или его тела, если они имеют ось симметрии? Где находится центр тяжести элементарных плоских фигур и тел (квадрат, прямоугольник, треугольник, круг, шар, полукруг, куб и т.д.)? Лабораторная работа № 2Тема: «Проверка основного закона динамики вращательного движения» Цель: Ознакомиться с основными физическими понятиями и величинами, определяющими закономерности вращательного движения, опытным путём проверить некоторые из этих закономерностей. Оборудование: Маятник Обербека, линейка, штангенциркуль, секундомер. Теоретическое обоснование Если материальная точка массой m движется по окружности радиуса г под действием силы F, то по основному закону динамики F = ma (1) Линейное ускорение at может быть выражено через угловое ускорение : at = r Умножим обе части равенства (1) скалярно на г: F • г = mat • г = mr2 (2) Левая часть равенства (2) - вращающий момент силы F. Мвр = F • г Величину Jz = m • г2 называют моментом инерции материальной точки. Тогда: Мвр= Jz • (Н м) (3) Эта формула выражает основной закон динамики вращательного движения. В работе используется крестообразный маятник Обербека, который состоит из двух взаимно перпендикулярных стержней АВ и СД, ввинченых в шкив К. Крестовина может вращаться при падении груза G, привязанного к нити, намотанной на шкив. По стержням АВ и СД могут перемещаться четыре груза, массы m которых одинаковы. Момент инерции груза определяются формулой: Jz= mR2 , где R – расстояние груза от оси вращения. Если на шкив намотать нить и к её концу прикрепить груз, то при его падении маятник будет вращаться с угловым ускорением, а сам груз будет двигаться с линейным ускорением at. Вращающий момент будет равен произведению силы натяжения нити на радиус шкива г. Движение груза вниз происходит под действием двух сил: веса груза G, направленного вниз, и силы натяжения нити F, направленной вверх. Результирующая сила, сообщающая ускорение, будет равна: m • a=G–F откуда сила натяжения: F = G – ma = G –  (4)Момент этой силы относительно оси вращения: M  =  , где r – радиус шкива.Если за время груз упал с высоты, то h =  линейное ускорение: at =  Формулу (4) можно записать в виде: M =  А угловое ускорение: =  =  Порядок проведения работы Ознакомится с устройством маятника Обербека. Сдвинуть грузы m1, m2, m3, и m4 к центру маятника. Взять какой-либо груз G известной массы, прикрепить его к нити, намотать нить на шкив прибора так, чтобы низ груза оказался на уровне верхнего деления шкалы. Радиус г шкива измерить штангенциркулем. Опуская груз, включить секундомер и определить время t падения груза на расстояние h. Определить угловое ускорение прибора 1 и момент силы М. Результаты занести в таблицу. Экспериментально определить момент инерции четырёх грузов, насаженных на стержни. Для этого четыре груза известной массы закрепить на одинаковом расстоянии R1 и R2 от оси вращения. Результаты занести в таблицу. Контрольные вопросы: Какими величинами характеризуется вращательное движение абсолютно твёрдого тела? Что называется моментом силы? Какими единицами измеряется момент силы? Что такое момент инерции? Какими единицами измеряется момент инерции? Сформулируйте основной закон динамики вращательного движения абсолютно твёрдого тела. Опишите установку, на которой изучается основной закон динамики вращательного движения |