如何使用三線擺測量質量分布不均勻物質的轉動慣量

2021-03-04 08:56:37 字數 4251 閱讀 8808

1樓:人參__苦短

用三線擺法測量質量分布不均勻物質的轉動慣量,可以將待測物體用三根對稱的線懸掛起來,測量物體轉動時的週期,再測量出繩子長度,懸孔間距,就可以計算出物體圍繞中心軸的轉動慣量。

用三線擺測剛體的轉動慣量(速求答案,急用!!) 跪求課後習題正確答案: 1. 2.

2樓:匿名使用者

不一定,因為擺動週期與轉動慣量與質量的比值有關,而這個值根據具體待測物相對與轉軸的擺放位置相關。

圓環擺放相對轉軸不對稱將導致三線擺質量分布不均勻,通常需要根據實際對於勢能項進行修正,如果不修正會一定程度上引入誤差,儘管在待測物質量不大,或者偏移量不大的情況下這個修正值也相對較小。另外,實際測量的值並不是過圓環所在平面軸心的轉動慣量,需要通過平行軸定理進行修正。

如何用三線擺測量非規則形狀物體的轉動慣量

3樓:

轉動慣量是剛體轉動時慣性的量度, 其量值取決於物體的形狀、質量分布及轉軸的位置。剛體的轉動慣量有著重要的物理意義,在科學實驗、工程技術、航天、電力、機械、儀表等工業領域也是乙個重要參量。 例如:

電磁系儀表的指示系統,因線圈的轉動慣量不同,可分別用於測量微小電流(檢流計)或電量(衝擊電流計)。在發動機葉片、飛輪、陀螺以及人造衛星的外形設計上,精確地測定轉動慣量,都是十分必要的。對於質量分布均勻,外形不複雜的物體可以從它的外形尺寸的質量分布用公式計算出相對於某一確定轉軸的轉動慣量。

對於幾何形狀簡單、質量分布均勻的剛體可以直接用公式計算出它相對於某一確定轉軸的轉動慣量。 而對於外形複雜和質量分布不均勻的物體只能通過實驗的方法來精確地測定物體的轉動慣量,因而實驗方法就顯得更為重要。

測定剛體轉動慣量的方法很多,常用的有三線擺、扭擺、復擺等。本實驗採用的是三線擺 ,是通過扭轉運動測定物體的轉動慣量,其特點是無力影象清楚、操作簡便易行、適合各種形狀的物體,如機械零件、電機轉子、槍炮彈丸、電風扇的風葉等的轉動慣量都可用三線擺測定。這種實驗方法在理論和技術上有一定的實際意義本實驗 的目的就是要求學生掌握用三線擺測定物體轉動慣量的方法,並驗證轉動慣量的平行軸定理。

實驗原理

三線擺的結構如圖4.2.3-1所示。三線擺是在上圓盤的圓周上,沿等邊三角形的頂點對稱地連線在下面的乙個較大的均勻圓盤邊緣的正三角形頂點上。

當上、下圓盤水平三線等長時,將上圓盤繞豎直的中心軸線o1o轉動乙個小角度,借助懸線的張力使懸掛的大圓盤繞中心軸o1o作扭轉擺動。同時,下圓盤的質心o將沿著轉動軸公升降,如圖4.2.

3-2所示。=h是上、下圓盤中心的垂直距離;=h是下圓盤在振動時上公升的高度;是上圓盤的半徑;是下圓盤的半徑;α是扭轉角。

由於三懸線能力相等,下圓盤運動對於中心軸線是對稱的,我們僅分析一邊懸線的運動。用l表示懸線的長度,見圖4.2.

3-2。當下圓盤扭轉乙個角度α時,下圓盤的懸線點移動到,下圓盤上公升的高度為,與其他幾何參量的關係可作如下考慮。從上圓盤a點作下圓盤的垂線,與公升高前後的下圓盤分別相交於和。

在直角三角形中

(1)由圖4.2.3-2可知,,故上式可寫成:

(2)由可知,,因而有

(3)在直角三角形中

(4)式中設懸絲不伸長,則

因而上式可寫為:

(5)比較式(2)和式(5),消去後得:

(6)cosα按級數

考慮到α是小量,略去高於的後各項,又因相對於l和h而言為無窮小量,故可略去高於一階的微量,由式(6)可得:

(7)當下圓盤的扭轉角α很小時,下圓盤的振動可以看作理想的簡諧振動。其勢能ep和動能ek分別為:

(8)式中 是下圓盤的質量, 為重力加速度, 為圓頻率, 為下圓盤的上公升速度, 為圓盤對軸oo1的轉動慣量。

若忽略摩擦力的影響,則在重力場中機械能守恆:

恆量 (9)

因下圓盤的轉動能遠大於上下運動的平動能,即

於是近似有

恆量 (10)

將式(7)代入式(10)並對t求導,可得:

(11)

該式為簡諧振動方程,可得方程的解為:

因振動週期 ,代入上式得:

故有:(12)

由此可見,只要準確測出三線擺的有關引數 、 、 、 和 ,就可以精確地求出下圓盤的轉動慣量 。

如果要測定乙個質量為 的物體的轉動慣量,可先測定無負載時下圓盤的轉動慣量 ,然後將待測物體放在下圓盤上,並注意,必須讓待測物的質心恰好在儀器的轉動軸線上。測定整個系統的轉動週期 ,則系統的轉動慣量 可由下式計算:

(13)

式中 為放了待測物之後的上、下盤間距,一般可以認為 。待測物體的轉動慣量 為:

(14)

用這種方法,在滿足實驗要求的條件下,可以測定任何形狀物體的轉動慣量。

我們知道物體的轉動慣量取決於物體形狀質量分布以及相對於轉軸的位置。因此,物體的轉動慣量隨轉軸不同而改變,轉軸可以通過物體內部,也可以在物體外部。就兩個平行軸而言,物體對於任意軸的轉動慣量 ,等於通過此物體以質心為軸的轉動慣量 加上物體質量 與兩軸間距離平方的乘積。

這就是平行軸定理,其表示式為:

(15)

通過改變待測物質心與三線擺中心轉軸的距離,測量 與 的關係便可驗證轉動慣量的平行軸定理。

測轉動慣量的方法還有多種,常用的扭擺是其中之一。扭擺法測轉動慣量的原理是使物體作扭轉擺動,由擺動週期及其他引數的測定計算出物體的轉動慣量。此法可測定不同形狀的物體的轉動慣量和彈簧的扭轉係數,可與理論值進行比較以及驗證轉動慣量平行軸定理。

實驗內容

1. 測定儀器常數 、 、 和 。

恰當選擇測量儀器和用具,減小測量不確定度。自擬實驗步驟,確保三線擺的上、下圓盤的水平,使儀器達到最佳測量狀態。

2. 測量下圓盤的轉動慣量 ,並計算其不確定度。

轉動三線擺上方的小圓盤,使其繞自身軸轉一角度α,借助線的張力使下圓盤作扭擺運動,而避免產生左右晃動。自己擬定測 的方法,使週期的測量不確定度小於其它測量量的不確定度。利用式(12),求出 ,並推導出不確定度傳遞公式,計算 的不確定度。

3. 測量圓環的轉動慣量

在下圓盤上放上待測圓環,注意使圓環的質心恰好在轉動軸上,測量系統的轉動慣量。測量圓環的質量 和內、外直徑 、 。利用式(14)求出圓環的轉動慣量 。

並與理論值進行比較,求出相對誤差。

圓環繞中心軸的轉動慣量的理論值可由下式計算。

式中 和 分別為圓環內、外直徑。

4. 驗證平行軸定理

將質量和形狀尺寸相同的兩金屬圓柱重疊起來放在下圓盤上,注意使質心與下圓盤的質心重合。測量轉動軸通過圓柱質心時,系統的轉動慣量 。然後將兩圓柱對稱地置於下圓盤中心的兩側。

測量此時系統的轉動慣量 。

測量圓柱質心到中心轉軸的距離 ,代入式(15),計算 ,並與測量值 比較。

改變 值,測量一組 ,並作 ~ 的曲線,由曲線求出 和 ,並與實驗測量值比較。由此結果的比較,給出結論。

三線擺測轉動慣量的實驗中公式要滿足哪些條件?

4樓:月似當時

滿足條件:對於形狀規則、質量分布均勻的剛體,其繞特定轉軸的轉動慣量,可用數學方法計算。但對於形狀複雜、質量分布不均勻的剛體,就必須用實驗的方法進行測定。

物體慣性大小的量度——質量,可以直接用天平稱量。而轉動慣量不能直接測量,必須進行參量轉換,即設計一種裝置,使待測物體以一定的形式運動,其運動規律必須滿足兩點要求:①與轉動慣量有聯絡:

②運動關係式中的其它各物理量均可直接或以一定方法測定,只含乙個未知量——轉動慣量。

對於不同形狀的剛體,設計了不同的測量方法和儀器,如:三線擺(three-wire

pendulum)、扭擺(torsional pendulum)、復擺(***pound

pendulum)以及利用各種特製的轉動慣量測定儀等都可以很方便的測定剛體的轉動慣量。

5樓:冰宮山小女妖

擺動必須是諧振動;

擺角小於5°。

6樓:中公教育

在書店可以買到,或者你可以去中公的分校去買,那樣買的肯定是正版的!!!

如何利用三線擺測定任意形狀的物體繞某軸的轉動慣量

7樓:

基本方法仍是先測下盤的轉動慣量j0 ,再將待測物放到盤上,使二者轉軸重合,測共同的轉動慣量j/,則待測物的轉動慣量j= j/ -j0 .這類測量有兩種情況:一種是待測物的轉軸通過其質量中心.

這種情況只須注意待測物的軸與三線擺的軸重合即可.另一種情況是待測物的轉軸不通過其質量中心,此時待測物與三線擺的轉軸重合時,將引起下盤傾斜(三懸線受力不均).為保持下盤水平,要根據具體情況進行配重,通過配重砝碼保持下盤水平.

測出系統的總轉動慣量,再減去下盤和砝碼的轉動慣量,即得到待測物的轉動慣量.

用三線擺測剛體的轉動慣量速求答案,急用跪求課後習題

不一定,因為擺動週期與轉動慣量與質量的比值有關,而這個值根據具體待測物相對與轉軸的擺放位置相關。圓環擺放相對轉軸不對稱將導致三線擺質量分布不均勻,通常需要根據實際對於勢能項進行修正,如果不修正會一定程度上引入誤差,儘管在待測物質量不大,或者偏移量不大的情況下這個修正值也相對較小。另外,實際測量的值並...

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