Описание экспериментальной установки

В данной работе проверка основного закона вращательного движения осуществляется с помощью маятника Обербека.

Маятник Обербека представляет собой крестовину из четырех стержней, расположенных под углом 90^о друг к другу, прикрепленных к цилиндру с осью вращения О (см. рис. 2).

Рис.2

На эту же ось насаживают два шкива с различными диаметрами. На стержни надевают одинаковые грузы m, которые с помощью винтов можно закрепить их на любом расстоянии от оси вращения. Маятник приводится во вращательное движение грузом m_о, прикрепленным к концу нити, намотанной на шкив. На груз m_о действует сила тяжести P=mg, направленная вертикально вниз, и сила натяжения нити F_н, направленная вдоль нити вверх. Результирующая сила будет направлена вниз. Под действием этой результирующей силы груз будет двигаться равноускоренно с ускорением α. Для всей системы можно записать уравнение:

m_o α = m_og – F_н,

где сила натяжения нити

F_н=m_o(g – α),

Сила натяжения нити создает вращающий момент, под действием которого маятник совершает ускоренное вращательное движение.

Вращательный момент равен

M = m_or(g – α),

где m_o - масса груза,

r – радиус шкива,

g – ускорение свободного падения,

Ускорение находится по формуле:

α = ,

где h –высота, с которой падает груз,

t – время падения груза.

Так как нить сматывается со шкива без скольжения, то линейное ускорение точек поверхности шкива равно ускорению падающего груза. Тогда для углового ускорения шкива имеем:

β =