Badanie właściwości żyroskopu

Informacje do doświadczenia

• Numer stanowiska w pracowni: 123 (sala 217).
• Doświadczenie wykonać na podstawie opisu zawartego w skrypcie [2]. Punkt 12 w Przebiegu ćwiczenia powinien wyglądać następująco: "Powtórzyć polecenia z punktów 8-11 dla kilku różnych mas ciężarka. Z poszczególnych pomiarów wyznaczyć moment bezwładności I, a następnie jego wartość średnią i odchylenie standardowe średniej".

Przebieg doświadczenia:

Metoda I wyznaczenia momentu bezwładności tarczy żyroskopu

1. Upewnić się, że ramię żyroskopu jest sztywno zamocowane.
2. Zważyć ciężarek M (zawieszony na sznurku) wraz z jego zawieszeniem. Wyznaczyć średnicę elementu żyroskopu (szpulka) na który nawijany będzie sznurek (2r). Zapisać dokładność określonej masy (ΔM) i średnicy (Δ2r).
3. Ciężarek zamocować na sznurku nawiniętym na szpulce w taki sposób, aby puszczony swobodnie wprawiał w ruch żyroskop.
4. Opuszczać ciężarek o masie M z różnych wysokości h i mierzyć czas t(h) opadania ciężarka. Pomiar powtórzyć dla co najmniej 10 różnych wysokości. Zanotować dokładność poiaru czasu (Δt).

Metoda II wyznaczenia momentu bezwładności tarczy żyroskopu

1. Zawżyć ciężarek m wraz z jego zawieszeniem. Zapisać dokładność pomiaru (Δm).
2. Zwolnić mocowanie ramienia żyroskopu. Zrównoważyć poziomo układ żyroskopu za pomocą odpowiednich ciężarków (najpierw przesunąć ciężarek większy, a potem mniejszy).
3. Nadać żyroskopowi prędkość obrotową (np. wykorzystując nić nawiniętą na szpulę)
4. Ciężarek o masie m umieścić w pewnej odległości od punktu podparcia żyroskopu (na końcu jego ramienia).
5. Zmierzyć, dla dziesięciu różnych okresów obrotu tarczy, odpowiadające im okresy precesji żyroskopu T_p. Z uwagi na to, że prędkość kątowa tarczy maleje w czasie, okres obrotu tarczy należy zmierzyć na początku (T_0p) oraz na końcu obrotu precesyjnego (T_0k).
6. Pomiar powtórzyć dla kilku różnych mas ciężarka m.

Opracowanie wyników

Metoda I wyznaczenia momentu bezwładności tarczy żyroskopu

1. Wykonać wykres zależności t² = ƒ(h).
2. Wyznaczyć współczynnik kierunkowy wykreślonej prostej a_r oraz jego niepewność (Δa_r).
3. Obliczyć moment bezwładności tarczy żyroskopu oraz jego niepewność (ΔI).
4. Przedstawić ostateczne wyniki doświadczenia (odpowiednio zaokrąglone).

Metoda II wyznaczenia momentu bezwładności tarczy żyroskopu

1. Dla każdej masy ciężarka m obliczyć wartość średnią okresów obrotu tarczy T₀ zmierzonych na początku oraz na końcu obrotu precesyjnego. Wykreślić zależność 1/T₀ = ƒ(T_p).
2. Wyznaczyć współczynniki kierunkowe wykreślonych prostych (a_r) oraz ich niepewności (Δa_r).
3. Z każdego pomiaru obliczyć moment bezwładności tarczy żyroskopu I. Następnie obliczyć jego wartość średnią oraz niepewność.
4. Przedstawić ostateczne wyniki doświadczenia (odpowiednio zaokrąglone).

Ponadto

1. Porównać otrzymane momenty bezwładności tarczy żyroskopu.
2. Zapisać wnioski.