Лабораторная работа: гироскоп [часть 3] (Физика)

Производство опыта и обработка результатов наблюдений

    Задачей работы является знакомство с гироскопическим эффектом и определение момента инерции гироскопа. В нашей работе телом гироскопа служит ротор электромотора, укрепленного на одном конце массивного стержня. На другом конце стержня имеется противовес, могущий передвигаться вдоль стержня. Стержень с мотором и противовесом закреплен в кардановом подвесе. Мотор питается через реостат от источника постоянного стабилизированного напряжения HY5003 (выставлено напряжение 22 В).


1. Знакомство с гироскопическим эффектом

Уравновесьте гироскоп. Сделайте это на глаз или воспользуйтесь уровнем. С уравновешенным гироскопом проведите следующие наблюдения:
а) Убедитесь в том, что ось не вращающегося гироскопа смещается по направлению действующих сил.
б) Включите мотор на наибольшее число оборотов. Уточните положение противовеса, добиваясь отсутствия прецессии. Наблюдайте за поведением вращающегося гироскопа: толкая ось в горизонтальном и вертикальном направлениях, проследите за её смещением. Результаты наблюдений оформите в виде чертежа, схема которого показана на рис. 5. На рисунке: O – точка опоры, N – момент количества движения гироскопа, F и F’ – действующие силы. По на-правлению силы и момента количества движения определите (сначала теоретически) направление приращения момента количества движения (bigtriangleup vec{N}). Проверьте ваши ожидания на практике. Изобразите вектор (bigtriangleup vec{N}) на чертеже.

2. Определение момента инерции гироскопа    Наблюдая прецессию неуравновешенного гироскопа определите момент инерции (I) пользуясь соотношением (9.7).
    В нашей работе прецессия гироскопа вызывается смещением противовеса вдоль стержня. Таким образом, момент сил, вызывающих прецессию, M равен разности моментов, создаваемых противовесом в неуравновешенном и уравновешенном состояниях, (M = P(l-l_0)), где (P) есть вес противовеса вместе с контргайкой, (l_0) – плечо уравновешенного, а (l) – плечо неуравновешенного гироскопа.
    Вес (P) определяется взвешиванием на технических весах, а (l-l_0) – разность расстояний от конца стержня до края противовеса для уравновешенного и не-уравновешенного гироскопа – измеряется штангенциркулем.
    Скорость вращения мотора регулируется силой тока с помощью реостата в цепи мотора. Измеряется она строботахометром. Принцип действия прибора и правила работы с ним приведены в конце описания.
    Силы трения в роторе не дают возможности получать малые скорости вращения. Кроме того, чем больше скорость вращения, тем более устойчив гироскоп. Поэтому рекомендуется проводить измерения при скоростях не меньших, чем 1500 об/мин.
    Угловая скорость прецессии (omega_1) определяется по периоду прецессии (измеряется секундомером).
    Измерения периода прецессии нужно провести для нескольких значений моментов M, для каждого M провести наблюдения при нескольких (5-6) скоростях вращения ротора гироскопа  (omega).
    Результаты наблюдения следует представить графически, откладывая по оси абсцисс частоту (omega), а по оси ординат – произведение (omegaomega_1)  Точки в пределах ошибок наблюдения должны лежать на прямой, параллельной оси абсцисс (для каждого значения M будет своя прямая). Из этих наблюдений нужно определить значение момента инерции гироскопа I.

Опубликовано: 23 февраля

Добавить свой комментарий

(обязательно):