После отключения электромагнита маятник начинает раскручиваться, и его потенциальная энергия EP будет переходить в кинетическую энергию поступательного движения EK = mv2/2 и энергию вращательного движения EВР = Iw2/2 . На основании закона сохранения механической энергии (если пренебречь потерями на трение)
M g h = m v2 / 2 + I w2 / 2 (1)
Где h — ход маятника; v — скорость маятники в момент пересечения оптической оси фотодатчика; I — момент инерции маятника; w — угловая скорость маятника в тот же момент времени.
Из уравнения (1) получаем :
I = m v2 w -2 (2g h v -2 — 1)
Учитывая, что v = RСТ w, v2 = 2ah, где RСТ — радиус стержня, a — ускорение, с которым опускается маятник, получаем экспериментальное значение момента инерции маятника:
IЭКСП = m R2СТ (0,5 g t2 h -1 — 1) = m R2СТ a -1 (g — a) (2)
Где t — время хода маятника.
Теоретическое значение момента инерции маятника относительно оси маятника определяется по формуле : (3)
IТ = IСТ + IДИСКА + IКОЛЬЦА = 0,5 [mСТ R2СТ + mДИСКА (R2CT + R2Д) + mKi (R2Д + R2K)]
Где mCT — масса стержня, mCT = 29 г; mg — масса диска, насаженного на стержень,
Mg = 131 г; mKi — масса сменного кольца; Rg — внешний радиус диска; RK — внешний радиус кольца.
При учёте работы, совершаемой маятником против сил трения, уравнение (1) примет вид :
M g h = m v2 / 2 + I w2 / 2 + А
Где A — работа против сил трения.
Эту работу можно оценить по изменению высоты первого подъёма маятника. Считая, что работа при спуске и подъёме одинакова, получим :
А = 0,5 Dh m g
Где Dh — изменение высоты наивысшего положения маятника в первом цикле спуск-подъём. Тогда считая, что DI — оценка величины, на которую завышается экспериментально определённое значение IЭКСП без учёта потери энергии на трение, получим :
DI / IЭКСП = Dh / 2h + 1 / (1 — (a / g)) (4)
Пояснение к рисункам:
Нарисуем физический рисунок и обозначим на нем известные величины. В условии сказано, что тело движется со скоростью 1 м/с, т. е. скорость тела не изменяется, значит, V=const, V0=V. Тело движется вдоль оси ОХ, и движется сонаправленно. Начальная координата тела - 5 м, я спроецировала её на ось ОХ. Делаем вывод о том, что движение равномерное и прямолинейное.
При прямолинейном движении ускорение равно 0 м/с^2.
Основной закон кинематики:
x=±x0±V0x*t±axt^2/2
Воспользуемся им.
1. V(t). Скорость при прямолинейном равномерном движении, как было сказано ранее, константа, поэтому график имеет вид прямой и параллелен оси Оt.
2. l(t). Из основного закона кинематики: S=V0t+at^2/2, а в данном случае S=l.
Из формулы l=V0t (а=0 м/с^2, поэтому опускаем второе слагаемое) после подстановки значения V0 (а это у нас 1 м/с) имеем функцию l=1t.
3. x(t). Пользуемся основным законом кинематики, подставляем известные значения x0, V0 и получаем функцию вида x=5+t.
Без схемы условие бесполезно!
Может задача взята из какого-то сборника?
Вспомните