Sprawdzenie zasady zachowania energii całkowitej

Sprawdzenie zasady zachowania energii całkowitej
Przyrządy:
1. Przyrząd do badania ruchu obrotowego , z trzema szpulami do nawijania linki,
o średnicach: d1  23,4 mm , d 2  33,6 mm , d 3  45,6 mm .
2. Obciążniki tarczy obrotowej.
3. Zestaw ciężarków z haczykami.
4. Linka.
5. Stoper.
Uwaga: Przyrząd do badania ruchu obrotowego jest urządzeniem
delikatnym. Ćwiczenia wykonujemy z dużą ostrożnością – tak, by nie
uszkodzić przyrządu. W szczególności tarczę należy zatrzymywać
chwytając delikatnie za podstawę lub wierzch szpuli do nawijania
linki.
Przebieg pomiarów:
1. Zapoznać się z instrukcją obsługi stopera używanego w ćwiczeniu, znajdującą się na
stole ćwiczeniowym.
2. Wyznaczyć masę ciężarka m .
3. Umieścić na tarczy obciążniki, zgodnie z instrukcjami prowadzącego zajęcia.
4. Do jednego z końców linki podwiesić ciężarek. Linkę przewiesić przez bloczek i
zaczepić jej drugi koniec do uchwytu znajdującego się przy szpuli o promieniu r ,
wskazanej przez prowadzącego zajęcia.
5. Nawinąć linkę na szpulę. Zwrócić uwagę, aby linka nawijała się na krążek tworząc
pojedynczą warstwę oraz nie dotykała stołu poniżej bloczka.
6. Zmierzyć wysokość h0 na jakiej znajduje się ciężarek nad podłogą.
7. Dokonać pomiaru wysokości hn na jakiej znajduje się ciężarek nad podłogą, gdy
tarcza obróci się o kąt   2π  n n  1,2,3,4 .
8. Ponownie nawinąć linkę na szpulę.
9. Zwolnić tarczę, włączając jednocześnie stoper. Dokonać pomiaru czasu, w którym
tarcza obróci się o kąt   2π  n n  1,2,3,4 . Zatrzymać stoper i tarczę. Zapisać
wszystkie zmierzone czasy t .
10. Powtórzyć dwukrotnie czynności opisane w punktach 8 i 9. Obliczyć wartość średnią
czasu obrotu tarczy t .
11. Z równań:
  12 t 2 , N  m( g  r ) i M N  rN ,   t , V  r
obliczyć przyspieszenie kątowe  , siłę naprężenia linki N , moment siły naprężenia
linki M N , prędkość kątową tarczy  oraz prędkość liniową ciężarka V .
12. Trzykrotnie powtórzyć czynności opisane w punktach 2–11, nawijając linkę na drugi
bęben oraz dla innych mas ciężarków napinających linkę, zgodnie z instrukcjami
prowadzącego zajęcia.
13. Przedstawić na jednym wykresie zależność wartości przyspieszenia kątowego  od
przyłożonego momentu siły M N dla wszystkich badanych przypadków. Metodą
regresji liniowej, biorąc pod uwagę jednocześnie wszystkie punkty pomiarowe,
wyznaczyć moment bezwładności tarczy wraz z obciążnikami I oraz wypadkowy
moment sił oporu M T :
M
1
MN  T
I
I
ya x b,

14. Dla każdego badanego przypadku obliczyć :
 energię potencjalną ciężarka: U c  mgh ,
 energię kinetyczną ciężarka: K c  12 mV 2 ,
 energię kinetyczną tarczy: K tar  12 I 2 ,
 zmianę energii wewnętrznej układu: U wew  M T  ,
 energię całkowitą układu
w chwili początkowej oraz po każdym obrocie tarczy.
15. Przedstawić na wykresie zależność wartości każdej energii w funkcji liczby obrotów
tarczy, osobno dla każdego z czterech badanych przypadków.
Tabele pomiarowe:
m  .......... kg , r  .......... m , h0  .......... m
n

h
[m]
[rad]
ti
t
[s]
[s]

N
-2
[rads ]
[N]
MN
[Nm]

V
-1
[rads ]
[ms-1]
1
2
3
4
n
Uc
Kc
K tar
U wew
Ecałk
[J]
[J]
[J]
[J]
[J]
0
1
2
3
4
Uwaga: obie tabele należy skopiować czterokrotnie.