Компьютеризированные демонстрационные эксперименты по механике. Нагорский Н.М - 32 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

МГУ | Москва

Составители: 

Рубрика: 

32
личество кот орых увеличено до десяти. Расстояние между крайни-
ми датчиками составляет ~1,6 м, коор динаты всех датчиков (отно-
сительно самого верхнего) определены с точностью ~0,5 мм. Над
верхним датчиком закреплен электромагнитный пуск атель, выпол-
ненный в виде серде чник а с обмоткой, позволяющий аккуратно, без
начальной ск орости, отпускать тела вращения различной формы так,
чтобы они падали, сохраняя вер тикальное положение своих осей, и
пролетали через все датчики. Тела, выполненные из немагнитных
ма териалов, просвер лены вдоль осей, и в отверстия вклеены тонкие
ферро магнитные стерж еньки, которые прит ягив аю тся к заострен-
ному концу сердечника пуска теля. Под нижним датчиком располо-
жен улавлива тель, в к о торый попадают падающие тела. При пере-
крыв ании световог о поток а датчик а на вых оде его формиров ателя
устанавливается напряж ение, соотве тствующее уровню логической
единицы, к оторое через защитный диод подается на COM-порт ком-
пьютера. Моменты срабатывания датчиков определяются при по-
мощи ко мпью тера с точностью ~15 мкс.
Описанная установка позволяет наб л юдать падение различных
тел в воздухе и опре делять моменты времени, в которые эти тела
имею т заданные координаты, соответствующие координатам да тчи-
ков. Таким образом, для каждого тела мож ет быть получен набор
точек x
i
(t
i
), лежащих на зависимости к оординаты x данного тела от
времени t (моменты времени t
i
выбираются посередине периодов
за темнения каждого из датчиков). Далее при помощи специально
разрабо танног о алгоритма компьютер прово дит обработк у полученных данных.
Данный алгоритм позволяет извлекать из зависимости x
i
(t
i
) информацию о коэф-
фициенте лобового сопротивления у соответствующег о тела. Кро ме того, этот же
мет од обработки дает возможность измерять ускорение свобо дного падения мо-
дифицированным баллистическим методом: наблюдая падение в воздухе шари-
ков одинакового размера, но различной массы, и получа ть зна чение уск орения
свободного падения для вакуума.
4.2. Измерение коэффициентов лобового сопротивления
у тел различной формы
Рис. 4.1
Рис. 4.2.
Для постановки этого демонст-
рационного эксперимента написана
специальная компьютерная про-
грамма, работающая в операцион-
ной системе MS DOS. Перед нача-
лом эксперимента нужно выбрать
тело, для которого будет измеряться
коэффициент лобового сопротивле-
ния. Выбор о существляется из сле-
            личество которых увеличено до десяти. Расстояние между крайни-
            ми датчиками составляет ~1,6 м, координаты всех датчиков (отно-
            сительно самого верхнего) определены с точностью ~0,5 мм. Над
            верхним датчиком закреплен электромагнитный пускатель, выпол-
            ненный в виде сердечника с обмоткой, позволяющий аккуратно, без
            начальной скорости, отпускать тела вращения различной формы так,
            чтобы они падали, сохраняя вертикальное положение своих осей, и
            пролетали через все датчики. Тела, выполненные из немагнитных
            материалов, просверлены вдоль осей, и в отверстия вклеены тонкие
            ферромагнитные стерженьки, которые притягиваются к заострен-
            ному концу сердечника пускателя. Под нижним датчиком располо-
            жен улавливатель, в который попадают падающие тела. При пере-
            крывании светового потока датчика на выходе его формирователя
            устанавливается напряжение, соответствующее уровню логической
            единицы, которое через защитный диод подается на COM-порт ком-
            пьютера. Моменты срабатывания датчиков определяются при по-
            мощи компьютера с точностью ~15 мкс.
                  Описанная установка позволяет наблюдать падение различных
            тел в воздухе и определять моменты времени, в которые эти тела
            имеют заданные координаты, соответствующие координатам датчи-
            ков. Таким образом, для каждого тела может быть получен набор
            точек xi(ti), лежащих на зависимости координаты x данного тела от
            времени t (моменты времени ti выбираются посередине периодов
 Рис. 4.1
            затемнения каждого из датчиков). Далее при помощи специально
разработанного алгоритма компьютер проводит обработку полученных данных.
Данный алгоритм позволяет извлекать из зависимости xi(ti) информацию о коэф-
фициенте лобового сопротивления у соответствующего тела. Кроме того, этот же
метод обработки дает возможность измерять ускорение свободного падения мо-
дифицированным баллистическим методом: наблюдая падение в воздухе шари-
ков одинакового размера, но различной массы, и получать значение ускорения
свободного падения для вакуума.
         4.2. Измерение коэффициентов лобового сопротивления
                         у тел различной формы
                                                Для постановки этого демонст-
                                          рационного эксперимента написана
                                          специальная компьютерная про-
                                          грамма, работающая в операцион-
                                          ной системе MS DOS. Перед нача-
                                          лом эксперимента нужно выбрать
                                          тело, для которого будет измеряться
               Рис. 4.2.
                                          коэффициент лобового сопротивле-
                                          ния. Выбор осуществляется из сле-
                                     32

Страницы