ВВЕДЕНИЕ. Методическое указание к выполнению лабораторной работы по разделу «Механика»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ КАТКА ПО РЕЛЬСУ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по разделу «Механика»

для студентов всех форм обучения по всем специальностям

Калининград

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лист

1. ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………... 3

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И

МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ДВИЖЕНИЯ КАТКА

ПО РЕЛЬСОВОМУ ПУТИ……………………………………………. 4

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА И

ОПРЕДЕЛЕНИЕ К.П.Д. УСТАНОВКИ ПРИ ДВИЖЕНИИ

КАТКА…………………………………………………………………… 9

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА

РЕЗУЛЬТАТОВ………………………………………………………….. 10

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ…………………………………………. 13

6. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………. 14

Цель работы:

1. Ознакомление с физическими явлениями при качении твёрдых тел.

2. Изучение законов динамики, описывающих качение твёрдых тел.

3. Измерение момента инерции, момента сопротивления и коэффициента сопротивления качению.

4. Изучение энергетического баланса и измерение потерь энергии при качении.

Используемый реквизит: сменные грузы, ручной секундомер.

ВВЕДЕНИЕ

Катящиеся тела находят широкое применение в различных технических устройствах, особенно – на транспорте. Понимание физических явлений, обеспечивающих качение тел, и умение составить и решить систему уравнений, описывающих такое механическое движение, являются обязательными для каждого инженера-механика.

В большинстве практических приложений тела катятся по твёрдым опорным поверхностям, в частности, по рельсам. Однако в некоторых специальных устройствах типа грузоподъёмников (краны, полиспасты) вращающиеся блоки совершают качение по отвесным тросам или канатам.

Согласно принятой в механике классификации качение – это частный случай либо плоского (плоскопараллельного) движения, т.е. совокупности поступательного и вращательного движений, либо свободного движения как совокупности поступательного и сферического движений. Эти вопросы детально изучаются в курсе теоретической механики. В курсе общей физики обычно рассматривается только первый вид качения при плоском движении тел.

Особым условием, определяющим качение тел при плоском движении, является требование, чтобы в точках касания (контакта) между телом и опорной поверхностью происходило сцепление, обеспечивающее поворот тела относительно мгновенной, неподвижной оси, проходящей через эти точки.

Такие точки тела называются мгновенными центрами скоростей (м.ц.с.). При скатывании тел по отвесным тросам или канатам наличие м.ц.с. обеспечивается всегда. Однако при качении по твёрдым поверхностям возможно неполное сцепление в точках контакта: такое движение называется качением со скольжением. В отсутствие сцепления качение становится невозможным, при этом, например, колёса автомобиля вращаются «вхолостую» (буксуют). Качение тел при условии полного сцепления с опорной поверхностью называется нормальным качением. Кроме того, для нормального качения тело должно иметь радиально-симметричную форму и расположение центра масс на оси симметрии (для шара – в центре симметрии). При смещённом центре масс сила сцепления будет периодически изменяться, качение может происходить с отрывом («подскоком») на опорной поверхности.

В настоящей лабораторной работе требуется выполнить экспериментальное исследование нормального качения по рельсовому пути. Объектом исследования является каток, состоящий из сплошного цилиндра с закреплёнными на его торцах фигурными фланцами.