А. К. Ершина, А. Шақарбекқызы, Н. Байтұрсын
Өлшеу жұмысының жүргізілу тәртібі
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- E mgR 2 a
- I I m D
- Жүйенің еркіндік дәрежелері деген не
- МЕХАНИКА ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАР
Өлшеу жұмысының жүргізілу тәртібі.
Дыбыс генераторы поршені бар түтіктің алдына қойып, поршеннің беті түтіктің алдыңғы қырымен беттестіріледі. Поршеннің сабының түтіктен шығып тұрған бөлімі l0 өлшеніп алынады. Дыбыс генераторын тоқ көзімен қосып, поршеньді бірте-бірте түтіктің ішінен сырытқа қарай тартады. Дыбыс күшейеді. Дыбыстың ең күшейген күйін тауып, осы күйге сәйкес поршеньнің сабының түтіктен шығып тұрған ұзындығы l1 өлшенеді. Сонда AB l1 l0 Осы айтылған әдіспен поршеньді бірте-бірте түтіктің ішіне тартып оның дыбыстық күшеюлеріне сәйке орындары анықталады. Егер поршеньді қозғау нәтижесінде дыбыс n рет күшейсе, соңғы күшеюге сәйкес поршеньнің сабының сырытқа шыққан бөлімі ln болады да, ln l1 n 1 2осыдан 2ln I1 n 1 болады. Бұл өлшеу жұмысы бірнеше рет қайталанып олардың нәтижесінен кесте құралды. Шашылу әдісі бойынша өлшеудің дәлдігін бағала (9.1-кесте). Жиыны әдісі бойынша өлшеудің дәлдігін бағала (9.2- кесте). Д.К - дыбыс көзі. П - поршень. Тұрғын толқын әдісі арқылы дыбыстардың ауада тарау жылдамдығын анықтау.
2l5 l1 i n 1 Ui ivi U U U U ta, N .S U s U №10 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС МАКСВЕЛЛ МАЯТНИГІНІҢ ИНЕРЦИЯ МОМЕНТІН АНЫҚТАУ Жұмыстың мақсаты: Максвелл маятнигінің тербелісін зерттеу және инерция моментін анықтау. Қажетті құралдар: Максвелл маятнигі, секундомер. Қысқаша теориялық кіріспе Максвелл маятнигінің жалпы түрі 1-суретте келтірілген. Вертикаль орналасқан екі колоннаға, үшінші горизонталь металл өске айналмалы Максвелл маятнигі созылмайтын екі жіп арқылы ілінген. Қондырғыны вертикаль орналастырыу үшін металл өске арнаулы винттер орнатылған. Қондырғының жұмыс істеу принципі (металл осіне бекітілген ролик созылмайтын екі жіпке ілінген). Максвелл маятнигінің жоғарғы, төмен тербелуіне негізделген. Тербелістің уақытын секундомер арқылы анықтауға болады. Роликті өзгерту арқылы маятниктің инерция моментін өзгертуге болады. Максвелл маятнигі бір-біріне параллель, вертикаль орналасқан екі колонадан және оған 900 жасай орналасқан созылмайтын екі жіпке ілінген металл оське бекітілген дискіден тұрады. Маятниктің инерция моментін өзгерту үшін дискіге орнатып сақиналарды кигізуге болады. Қондырғының құрылысы 1-сурет. Максвелл маятнигі 2-сурет. Максвелл маятнигінің жұмыс істеу принципі Егер өске жіпті орап маятникті жоғары көтеріп, одан соң жіберетін болсақ, онда ол айналып төмен түседі. Толық төмен түскеннен кейін сол бағытта айнала отырып, жоғары көтеріледі. Осылай төмен түсіп, жоғары көтеріліп маятник тербеліс жасайды. Максвелл маятнигінің түрі әртүрлі болғанымен (3-сурет) жұмыс істеу принципі барлығынба бірдей. 3-сурет. Максвелл маятнигінің түрлері Маятниктің төмен түсуін қарастырайық. Бұл күрделі қозғалыс-ілгерілмелі және айналмалы қозғалыстан тұрады. Ілгермелі қозғалыс бірқалыпты үдемелі болады және мына теңдеумен сипатталады P 2T ma , (1) мұндағы P -маятниктің ауырлық күші, күшін, а-масса центрінің үдеуі. T бір жіптің керліу Жүрген жол мен уақыт арасындағы байланыс мына өрнекпен сипатталады. at 2 h (2) 2 Маятник төмен түскенде өз осі бойымен айналмалы қозғалыс жасайды, олай болса айналдырушы күш моменті мына өрнекпен сипатталады: M IE (3) мұндағы M маятниктің осіне қатысты айналдырушы күш бұрыштық үдеуі. Айналдырушы моментті маятниктің ауырлық күшін тудырады, сондықтан былай жазуға болады: мұндағы
R жіп оралатын маятниктің өсінің радиусы. (4) Бұрыштық үдеу мен сызықтық үдеу өзара былай байланысады: E a . (5) RЖоғарыда келтірілген (2), (3), (4) және (5) өрнектерді пайдаланып, Максвелл маятниктің инерция моментін былай жазуға болады: M M E mgR 2 a mgR 2t 2 2h . (6) Маятниктің симметрия өсіне қатысты инерция моменті I , Штейнер тероемасына сәйкес, айналу өсіне байланысты инерция моментін I былай байланысқан I I 1 mR 2 (7) Маятниктің инерция моментін есептейтін өрінекті теңдеудегі I дің мәнін (7)-ге қою арқылы алуға болады: I 1 mgR 2t 2 2h mR 2 1 mD 4 2 gt 2 2h 1 (8)
мұндағы m маятник массасы, ол өз кезегінде былай анықталады: m m0 mg mC (9)
мұндағы m0 - маятник өсінің массасы, mg - маятник дискісінің массасы, mc маятник сақинасының массасы; D маятник өсі оралған жіп пен бірге алғандағы диаметрі, D0 -маятник өсінің диаметрі мен Dж жіп диаметріне байланысты. D D0 2Dж (10)
ал h маятник нүктесінің биіктігі, t ең төменгі нүктеге жетуге кеткен уақыт. Маятник дискісіне ауысатын сақинаны кигізіп, маятниктің жалпы массасын (9) өрнек арқылы тауып, мәнін кестеге жазу керек. Маятник осі мен жіп диаметрін өлшеп, (10) өрнек бойынша жалпы диаметрді тауып, оның мәнінде кестеге түсіру керек. Қондырғыны электр желісіне қосып, “сеть” клавишасын басу керек. Маятник осіне жіпті орай отырып, жоғарғы кронштейнге бекітілген электромагнитке ұстату керек, ол үшін “пуск’ клавишасын басады. Колоннадағы шкаладан маятниктің жалпы h ты анықтап, оның мәнін кестеге жазу керек. Тағы бір рет “пуск” клавишасын басу арқылы маятникті электромагниттен босатып, секундомердің көрсетуін кестеге түсіру керек. Секундомерді нөлге келтіріп, өлшеуді 5 рет қайталау қажет. Маятниктің түсуінен кететін орта Төмендегі формула бойынша маятниктің инерция моментін теориялық тұрғыдан есептеу керек. IT I 0 I g IC (11) мұндағы остің дискінің және сақинаның инерция моментері былай анықталады: I I m DI 1 m D 2 D 2 I 1 m D 2 D 2 . 0 8 0 0 g 8 g d 0 c 8 c d c Ал, D0 , D және Dc өсудің дискінің және сақинаның диаметрлері. Маятниктің инерция моментін өлшеу қатесін мына формула бойынша есептейміз б 100% IT (12) 1-кесте
Бақылау сұрақтары: Дененің инерция моменті дегеніміз не, ол қалай анықталады? Айналу осіне қатысты күш моменті деген не? Айналмалы қозғалыстың негізгі динамикалық теңдеуі қалай жазылады? Штейнер теоремасы қалай тұжырымдалады? №11 ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫС ГИРОСКОП Жұмыстың мақсаты: Бір нүктеге бекітілген абсолют қатты дененің қозғалыс заңдарын белгілі оське қатысты тез айнала алатын дене-гироскоптың негізінде зерттеу. Қажетті құралдар: Кардан ілмесі, гироскоп, секундомер.Қысқаша теориялық кіріспе Бір нүктеге бекітілген абсолют қатты дененің қозғалыс заңдарын белгілі оске қатысты тез айнала алатын дене – гироскоп негізінде зерттейік. Абсолют қатты дене дегеніміз кез-келген екі нүктенің ара қашықтығы өзгермейтін дене. Бір нүктеге бекітілген абсолют қатты денені қарастырайық. Мұндай дене ілгерілемелі қозғала алмайды, ол тек бекітілген нүкте арқылы өтетін оске қатысты ғана айнала алады. Ал бұл айналу осі өзінің кеңістіктегі орнын өзгерте алатын болсын, осы қатты дене үшін қозғалыс теңдеуін моменттер теңдеуі ретінде жазайы→қ. dL → M dt . (1)
Мұндағы L – абсолют қатты дене импульсінің моменті. М – тірек нүктесіне қатысты сыртқы күштер моментінің қосындысы. Жалпы жағдайда қатты дене импульсінің моменті мен оның айналу бұрыштық жылдамдығының арасындағы байланыс күрделі, дегенмен, кейбір жеке жағдайда, мысалы гироскоп үшін, бұл байланысты тура пропорционал тәуелділік ретінде жазуға болады: → → L осы жағдай гироскоп үшін орындалады. (2) Техникада қолданылатын өте зор жылдамдықпен айналатын, симметриялы шомбал денелер гироскоп деп аталады немесе симметрия осіне қатысты тез айнала алатын ось бойынша симметриялы абсолют қатты денені айтамыз. Сыртқы күштердің моменті нольге тең болғанда, гироскоптың айналыс осін өзгертпей сақтау қасиетін кардан ілмесі жәрдемімен көрсетуге болады. Кардан ілмесі (1-сурет) екі сақинадан құралады, олардың сыртқысы AA төмпешік ұштарынан өтетін остен, ішкісі BB төмпешік ұштарынан өтетін және әлгі оске перпендикуляр өсті айнала еркін бұрыла алады. Ал D гироскобының CC осі кардан ілмесінің ішкі сақинасына тіреліп тұрады. Сондықтан ол кеңістікте кез-келген бағыт бойынша бұрыла алады. Гироскопты шапшаң айналдырып жіберіп, оның тіреуін кез-келген жаққа бұрғанда гироскоптың айналыс осі өзінің бағытын өзгертпей сақтайды. Егер айналып тұрған гипроскопқа қос күш түсірілсе, ол күш гироскопты оның айналыс осіне перпендикуляр остен айналдыруға тырысса, онда ол осы екі оске перпендикуляр үшінші остен айнала бастайды. Бұдан гироскопқа сырттан күш әсер еткенде өзінің айналыс осінің бағытын өзгертеуге тырысатындығын көруге болады. Бұл құбылыс гироскоптық эффект деп аталады. Егер гироскоптың іліну нүктесі оның массалар центрімен сәйкес келсе, онда гироскопқа сыртқы күштер моменті әсер етпейді. Сондықтан, гироскоп кеңістікте айналу осінің бағытын сақтап қалады. Айталық, гироскоптың тірек нүктесі дәл M келмесін. Онда mg→ ауырлық күші тірек нүктесіне қатысты → моментін туғызады. Осы моменттің әсерінен гироскоптың айналу осі бұрыла бастайды, сонымен бірге кеңістікте өзінің бағытын өзгертеді. Гироскоптың сыртқы күштер моментінің әсерінен осындай қозғалысы гироскоптың перецессиясы деп аталады. Бұл прецессия ұғымын өз өсінен және күнді айнала қозғалған жерді мысалға келтіріп түсіндіруге болады. Яғни гироскоптың құрылысындағы диск өз өсін, белгілі бір бұрышпен айнала қозғалады. Біз гироскопқа қысқаша мәлімет бердік енді қатты денелердің қозғалыс заңдылығы анқтау үшін тәжірибе жасап көрсетеміз. Ол үшін дискінің айналу моментіне қатысты параметрлерді өлшеп алу керек, гироскоптың айналу моменті 3- теңдеу арқылы анықталады. 1-сурет
𝑑𝑤 𝑑𝑡 = 𝐷 𝐼 (3)
Осыдан инерция моментін анықтап алуымыз керек, 𝑑𝜔 𝑑𝑡 = 𝜔𝐸 ∆𝑡(4)
𝜔𝐸 = 𝐷 (5)
∆𝑡 𝐼I = 𝐷∆𝑡 𝜔𝐸 (6)
(5) формула арқылы инерция моментін анықтауға болады. Дискінің айналу моментін бақылау үшін диск орнатылған жіп және оған ілінген массаның жерге түскен кезін бақылаймыз. Мұндағы 𝐷-Тьюринг моменті 𝐷 = 𝑚𝑔𝑟 (m - жүктің массасы, 𝑟- блоктың радиусы) 𝐼 = 𝐷∆𝑡 = 𝑚𝑔𝑟 ∆𝑡 (7) m жүктің массасы, g еркін түсу үдеуі, 𝜔𝐸 𝜔𝐸 r тірек нүктесіне қатысты ауырлық. күшінің иіні, I гироскоптың инерция моменті, гироскоптың айналу бұрыштық жылдамдығы. Осы (6) формула арқылы инерция моментін есептейміз. Инерция моментін анықтап алуға берілген шамаларда бізде бұрыштық еркін түсу үдеу жоқ болғандықтан оны тәжірибеде диск орнатылған блоктан тасталған жүктің жерге түскен кездегі t t- уақытты анықтап аламыз. Тәжірибені бастамас бұрын кейбір қауіпсіздік ережелеріне мұқият мән беру керек, яғни гироскоптың бөліктерінің жақсы орнатылғанына қарап соның ішінде диск және дискті теңгеруге берілген қосымша жүктердің дұрыс бекітілгендігіне, студенттердің қолдарына құлап кетпеуіне мән беру керек. Дисктегі инерция моментін анықтау үшін гироскопты 2- суреттегідей орнату керек [2]. 2-сурет. Гироскоп Штативті қозғалмайтындай етіп темір стерженді горизонталь бағытта орнатамыз. Горизонталь стерженнің бір жағына диск, ал екінші жағына сол дискті теңгеріп тұратын салмақ жүктерін орналастырамыз. Жоғрыда айтып өткендей, инерция моментін анықтауға берілген формуладағы бұрыштық үдеуді анықтап алу үшін біз дискте орнатылған блоктан қосымша жүкті тастап жүк жерге түскен кездегі уақыттың биіетікке тәуелді формуласы арқылы тауып аламыз. Біздегі жаңа құрылғы гироскопта дискіде төрт блок берілген, блоктан тасталған жүк арқылы және жоғарыда қарастырылып көрсетілген формулалар арқылы қатты дененің инерция моментін анықтағанда әр бір блокта әр түрлі болып өзгеріп отырады. Біз 2-суреттегі жиналған гироскоптағы бірінші және сонғы блокты пайдаланық. Яғни әр бір блокты пайдаланғанда инерция моменті өзгеріп отыратынын айқындап көрсету үшін алынды. Сонымен бірге гироскоптың қосымша массаларын алып тастап, дискінің айналу жилігінің қайталану периодына байланыстылығын анықтауға және тербелмелі жиліктің айналмалы жилікке байланысты екенінің графигін тұрғызуға болады. Сонымен гироскопты пайдаланып бірнеше физикалық ұғымдар инерция моменті, тербеліс және айналыс жиліктерінің қозғалысын тәжірибеде көре аламыз. Бақылау сұрақтары: Гироскоп дегеніміз не? Гироскоптың прецессиясы дегеніміз не және ол неге тәуелді? Қандай жағдайда гироскоптың импульс моментінің векторы айналымның лездік бұрыштық жылдамдығы және симметрия өсуі сәйкес келеді? Гироскопты қайда қолдануға болады? Жүйенің еркіндік дәрежелері деген не?Гироскоптық эффект дегеніміз не? Әдебиеттер тізімі А.Н. Матвеев. Механика и теория относительности. - М:, "Высшая школа", 1976 ж. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. I-том. Механика, 1974 ж. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л.Гольдина. - М:. "Наука", 1973 ж. Кортнев А.В., Рублев Ю.И., Куценко А. Практикум по физи- ке. – М.: Высшая школа, 1963. - 516 с. Хайкин С.Э. Физические основы механики. - М.: Физ-мат. лит. 1962 г. Физический практикум. Механика и молекулярная физика. Под ред. В .И. Ивероновой. - М: Наука, 1967. А.Н. Матвеев. Механика и теория относительности. - М:. "Высшая школа", 1976 ж. Д.В. Сивухин. Общий курс физики. I-том. Механика, 1974 ж. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л.Гольдина. - М., "Наука", 1973 ж. С.И.Исатаев, Ә.С.Асқарова. Жалпы физикалық практикум. Алматы, "Қазақ университеті", 2001 ж. - 171б. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под ред. Л.Л.Гольдина. М., "Наука" , 1973 ж. Г.А.Тілеубергенова, Б.Н.Оразалиев, И.Н.Брузгин, К.Қ.Қа- лиева. Жалпы физика курсының практикумы: Механика. Электр. - Алматы: Мектеп, 1987 ж. С.Э.Фриш, А.В.Тиморева. Жалпы физика курсы. I-том. Электрлік және электромагниттік құбылыстар. Алматы. Мектеп, 1970 ж. Н.Н. Майсова. Практикум по курсу общей физики. - М., Высшая школа, 1970 г. Ж.Тобаяқов. Электр және магнетизм. - Алматы: Мектеп, 1988 ж. Д.В.Сивухин. Общий курс физики. Электричество. - М., Наука, 1983 г. С.Г.Калашников. Электричество. - М., Наука, 1985 г. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Electronics Workbench. Под общей редакцией профессора Д.И.Панфилова. Том 2. - М.: «Додэка», 2001. Жаңабаев З.Ж., Ильясов Н., Тынтаева Ш.Б. Физиканы оқыту теориясы және әдістемесі. Оқу құралы. - Алматы: «Полиграфия және сервис К» 2006. - 169 б. Калашников С.Г. Электричество. Учебное пособие. - М.: «Наука», 1977. - 591 с. Ландсберг Г.С. Оптика. – М: Наука, 1976 г. Калитеевский Н.И. Волновая оптика. –М.: Наука, 1971 г. Шишловский А.А. Прикладная физическая оптика. – М.: Физматгиз, 1961г. Физический практикум. Электричество и оптика. Под редакцией В.И.Ивероновой. –М.: Наука, 1968 г. Кортнев А.В. и др. Практикум по физике. -М.: Высшая школа, 1965 г. Полатбеков П.П. Оптика. - Алматы: Мектеп, 1981. Матвеев А.Н. Оптика. -М.: Высшая школа, 1985. МАЗМҰНЫ КІРІСПЕ 3 № 1 Зертханалық жұмыс Өлшеу нәтижесінде пайда болатын статистикалық Заңдылықтар 4 № 2 Зертханалық жұмыс Ұзындықты, ауданды және көлемді өлшеу 14 № 3 Зертханалық жұмыс Айналмалы маятниктің көмегімен резонанстық құбылысты зерттеу 23 № 4 Зертханалық жұмыс Қатты дененің айналмалы қозғалыс динамикасының негізгі заңын зерттеу 30 № 5 Зертханалық жұмыс Frm-05 иірілмелі маятниктің көмегімен дененің инерция моментін анықтау 41 № 6 Зертханалық жұмыс Айналма маятниктің көмегімен денелердің инерция моментін анықтау 47 № 7 Зертханалық жұмыс Физикалық, математикалық тербеліс заңдарын зерттеу 58 № 8 Зертханалық жұмыс Сұйықтың тұтқырлығын стокс әдісімен анықтау 71 № 9 Зертханалық жұмыс Тұрғын толқын әдісі арқылы дыбыстардың ауада таралу жылдамдығын анықтау 79 № 10 Зертханалық жұмыс Максвелл маятнигінің инерция моментін анықтау 83 № 11 Зертханалық жұмыс Гироскоп 88 Әдебиеттер тізімі 94 Мазмұны 96 А.К.Ершина, А.Шақарбекқызы, Н.Байтұрсын, С.Е.Маханбетова МЕХАНИКА ПӘНІНЕН ЗЕРТХАНАЛЫҚ ЖҰМЫСТАРОқу құралы Редакторы: О.Б. Кулумбаев Көркемдеуші редактор: Г.Н. Джексембиева 23.03.2016 ж. қол қойылды. Пішімі 60х84 1/16 Компьютерлік терілім. Әріп түрі «Тimes New Roman» Шартты баспа табағы 6,1 Таралымы 50 дана Тапсырыс №124 «Қыздар университеті» баспасы. 050000, Алматы, Гоголь көшесі, 116 үй жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|