Порядок выполнения работы

1. Навить на ось гироскопа прочную нить, закрепив её на оси с помощью отверстия на ней. Затем, придерживая гироскоп одной рукой, другой быстро раскрутить нить, приведя гироскоп в движение. Стараться во всех опытах по возможности придавать гироскопу одинаковую скорость вращения

2. Подвесить на ось гироскопа один из предлагаемых грузов. Ось гироскопа начнет вращаться (прецессировать).

3. С помощью шкалы, закрепленной на основании прибора, измерить промежуток времени Dt, за который ось гироскопа повернется на некоторый угол D (указанный преподавателем). С помощью (9.2) рассчитать угловую скорость прецессии гироскопа . Опыт проделать не менее трех раз.

4. Измерить плечо силы, действующей на ось гироскопа.

5. Рассчитать угловую скорость вращения гироскопа по формуле (9.5).

6. Проделать указанное в пп. 1–5 не менее, чем с двумя грузами.

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу

№						á ñ

8. Построить график зависимости скорости прецессии от приложенного к оси гироскопа момента силы.

9. Оценить погрешности измерения величин и (по указанию преподавателя).

Надо иметь в виду, что график можно построить только в том случае, если Вам удавалось при раскручивании нити придавать гироскопу одну и ту же угловую скорость.

Заметим, что углы во все формулы входят в радианах, а угловая скорость – в рад/с. Для перехода от градусов к радианам можно воспользоваться соотношением: 360° = 2p радиан.

Момент инерции гироскопа считать равным I = 0,01 кг·м².

Контрольные вопросы

1. Что такое гироскоп? Каковы его свойства? Какое явление называется прецессией гироскопа?

2. Что такое гироскопический эффект? Докажите (используя основной закон динамики вращательного движения), что под действием внешней силы ось гироскопа должна вращаться вокруг направления силы.

3. Что такое момент инерции твердого тела? От чего он зависит?

4. Запишите формулу момента силы относительно точки в векторном виде. Как найти направление и модуль момента силы относительно точки? Чему равен момент силы относительно неподвижной оси?

5. Чему равен момент импульса точки? Чему равен момент импульса твердого тела? Чем определяется направление момента импульса?

6. Каков смысл угловой скорости и углового ускорения? Как они направлены? В каких единицах они измеряются?

7. Выведите формулу для расчета скорости вращения гироскопа (9.5). От чего зависит скорость вращения гироскопа в данной работе?

8. Как скорость прецессии зависит от момента внешней силы и скорости вращения гироскопа?

Применение гироскопов. В хорошо сбалансированном и достаточно быстро вращающемся гироскопе, установленном на высоко совершенных подшипниках с незначительным трением, момент внешних сил практически отсутствует, так что гироскоп долго сохраняет почти неизменной свою ориентацию в пространстве. Поэтому он чаще всего применяется как чувствительный элемент указывающих гироскопических приборов и как датчик угла поворота или угловой скорости в устройствах автоматического управления. Основные области применения гироскопов – судоходство, авиация и космонавтика.

Литература

1. Савельев И. В. Курс физики. Т. 1. – М.: Наука, 1989. – С. 94–116.

2. Трофимова Т. И. Курс физики. – М.: Высш. шк., 2001. – С. 34–46.

Работа 1.10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ
С ПОМОЩЬЮ МАТЕМАТИЧЕСКОГО И ФИЗИЧЕСКОГО
МАЯТНИКОВ

Цель работы:вариант I – определить ускорение свободного падения с помощью математического маятника; вариант II – определить ускорение свободного падения с помощью физического маятника.

Приборы и принадлежности: маятник универсальный, подставка для нахождения центра масс физического маятника, секундомер.