双悬扭摆装置测转动惯量实验

㈠ 扭摆法测定物体转动惯量实验

在“扭摆法测量物体转动惯量”的实验中,当悬盘的摆角很小时,阻力可以忽略不计,悬盘的摆动可以看成简谐振动；而且,摆动过程中能量守恒,利用简谐振动和能量守恒即可求出转动惯量.
在实验中,先测出空载时悬盘的周期、上、下盘的半径和悬线的长度,即可求出悬盘的转动惯量,然后放上待测物体,测量此时的周期,得到悬盘与待测物体转动惯量的和,减去悬盘的转动惯量后,即得待测物体的转动惯量.

可利用平行轴定理，先测定物体绕与特定轴平行的过物体质心的轴的转动惯量J'，仪器可用扭摆或三线摆，若特定轴与过质心轴的距离为L，则物体绕特定轴转动的转动惯量J=J'+mL^2。

转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性，用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系。

(1)双悬扭摆装置测转动惯量实验扩展阅读：

面积对于一轴的转动惯量，等于该面积对于同此轴平行并通过形心之轴的转动惯量加上该面积同两轴间距离平方的乘积。由于和式的第二项恒大于零，因此面积绕过形心之轴的转动惯量是绕该束平行轴诸转动惯量中的最小者。

转动惯量只决定于刚体的形状、质量分布和转轴的位置，而同刚体绕轴的转动状态（如角速度的大小）无关。形状规则的匀质刚体，其转动惯量可直接用公式计算得到。

而对于不规则刚体或非均质刚体的转动惯量，一般通过实验的方法来进行测定，因而实验方法就显得十分重要。转动惯量应用于刚体各种运动的动力学计算中。

㈡ 扭摆法测定物体转动惯量中，实验前为什么要调扭摆水平

扭摆法测定物体转动惯量中，实验前调扭摆水平的目的是为了确保实验结果的准确性和可靠性。具体原因如下：

1. 避免弹簧形变系数改变：

   • 如果圆盘转动的角度过大，可能会导致弹簧的形变系数发生改变，进而影响扭转周期的测量。调扭摆水平可以确保圆盘在较小的角度范围内摆动，从而保持弹簧形变系数的稳定。

2. 消除仪器倾斜带来的误差：

   • 没有对仪器进行水平调节，可能会导致摆上圆台的物体或圆盘本身存在一定的倾斜角度。这种倾斜会引入额外的力矩，影响转动惯量的准确测量。调扭摆水平可以消除这种倾斜带来的误差。

3. 确保圆盘固定稳定：

   • 圆盘的固定螺丝如果没有拧紧，也会导致圆盘在摆动过程中产生不必要的晃动或倾斜。这种晃动会干扰扭转周期的测量，进而影响转动惯量的计算。调扭摆水平时，通常会检查并拧紧圆盘的固定螺丝，以确保其稳定。

综上所述，调扭摆水平是扭摆法测定物体转动惯量实验中不可或缺的一步，它有助于消除各种潜在的误差源，确保实验结果的准确性和可靠性。