Автоматизированный лабораторный комплекс «Исследование плоскопараллельного движения тел» ТМл-03М
Анализ учебно-методического пособия по исследованию плоскопараллельного движения тел
Данное учебно-методическое пособие, разработанное в МГТУ им. Н.Э. Баумана, посвящено исследованию плоскопараллельного движения тел с использованием автоматизированного лабораторного комплекса ТМл-03М. Пособие предназначено для студентов машиностроительных и приборостроительных специальностей, изучающих курс теоретической механики, и представляет собой руководство к проведению лабораторной работы, направленной на углубление понимания общих теорем динамики.
Описание лабораторного комплекса
Комплекс ТМл-03М состоит из экспериментальной установки, блока питания, аналого-цифрового преобразователя, ПЭВМ и программного обеспечения. Установка позволяет исследовать качение цилиндрических тел одинаковой массы, но с разными моментами инерции, по наклонным плоскостям. Комплекс предоставляет возможность визуального наблюдения за движением, экспериментального получения кинематических характеристик (перемещения, скорости, ускорения) и их математического анализа. Экспериментальные установки реализованы в двух вариантах: с потенциометрическими и оптическими датчиками перемещений. Описаны конструкции тел качения, а также методика определения их осевых моментов инерции с использованием установки крутильных колебаний.
Теоретические основы и методика эксперимента
Пособие содержит теоретический материал, необходимый для понимания физических процессов, происходящих в ходе эксперимента. Рассматривается движение тел на трех этапах: качение вниз по наклонной плоскости, движение по криволинейному участку и качение вверх по наклонной плоскости. Для каждого этапа приводятся дифференциальные уравнения движения, полученные на основе общих теорем динамики (теорема о движении центра масс и теорема об изменении кинетического момента). Рассматриваются уравнения связей при качении без скольжения, условия, при которых обеспечивается качение без проскальзывания, а также влияние трения качения. Приводятся формулы для расчета ускорений, скоростей и перемещений центров масс тел, а также для определения минимального значения коэффициента трения скольжения.
Экспериментальное исследование и обработка данных
В пособии подробно описана методика проведения эксперимента, включающая установку тел в начальное положение, регистрацию данных с датчиков, обработку данных с помощью программного обеспечения и визуализацию результатов. Программное обеспечение позволяет строить графики зависимостей перемещения, скорости и ускорения центров масс от времени, а также анализировать полученные данные. Рассмотрена возможность определения потерь механической энергии и вычисления коэффициента трения качения. Приведены примеры графиков, иллюстрирующих результаты экспериментов, и показано соответствие экспериментальных данных теоретическим расчетам.
Практические рекомендации и отчетность
Пособие содержит практические рекомендации по выполнению лабораторной работы, включая порядок действий и вопросы для самопроверки. Представлена форма отчета, включающая описание экспериментальной установки, дифференциальные уравнения движения, результаты измерений и графики.
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.35: Механика
- 12.03.01: Приборостроение
- 15.03.01: Машиностроение
- 15.03.02: Технологические машины и оборудование
- 15.03.03: Прикладная механика
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
- 15.03.06: Мехатроника и роботехника
- ВО - Специалитет
- 15.05.01: Проектирование технологических машин и комплексов
В.В. Витушкин, Ю.Н. Жигулёвцев, Д.А. Гончаров Автоматизированный лабораторный комплекс «Исследование плоскопараллельного движения тел» ТМл-03М Учебно-методическое пособие Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»
ISBN 978-5-7038-4992-7 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 © Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018 УДК 531.3 ББК 22.213 В54 Издание доступно в электронном виде по адресу ebooks.bmstu.press/catalog/178/book1905.html Факультет «Фундаментальные науки» Кафедра «Теоретическая механика» Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия Витушкин, В. В. В54 Автоматизированный лабораторный комплекс «Иссле дование плоскопараллельного движения тел» ТМл-03М : учебно-методическое пособие / В. В. Витушкин, Ю. Н. Жи- гулёвцев, Д. А. Гончаров. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2018. — 31, [1] с. : ил. ISBN 978-5-7038-4992-7 Приведено описание лабораторного комплекса, предназначенного для исследования с применением ПЭВМ плоскопараллельного движения тел. Лабораторная установка комплекса позволяет демонстрировать качение тел одинаковой массы, но с разными моментами инерции по наклонным поверхностям, проводить измерения перемещений и скоростей центров масс тел в реальном масштабе времени, а также определять коэффициенты трения качения. Проведены теоретический анализ и экспериментальное исследование работы установки, дано описание методики и порядка выполнения лабораторной работы. Для студентов 2-го курса машиностроительных и приборострои тельных специальностей, изучающих дисциплину «Теоретическая механика». УДК 531.3 ББК 22.213
Предисловие Описываемый в данном учебно-методическом пособии лабо раторный комплекс является оригинальной научно-методической разработкой кафедры «Теоретическая механика» МГТУ им. Н.Э. Баумана, которая была сделана под руководством бывшего заведующего кафедрой В.В. Дубинина. Комплекс предназначен для более углубленного изучения студентами машиностроительных и приборостроительных специальностей одного из основных разделов курса теоретической механики — «Общие теоремы динамики» [1–3]. Данный комплекс позволяет проводить исследование плоскопараллельного движения твердых тел — качения по наклонным поверхностям цилиндрических тел с одинаковыми массами и внешними радиусами, но с разными осевыми моментами инерции. Регистрируемые экспериментальные данные о параметрах движения тел сопоставляются с результатами их теоретического расчета на основании общих теорем динамики, что способствует лучшему пониманию и усвоению основных положений теоретической механики. Задачи проведения лабораторной работы заключаются в следующем: • выявить на основании лекционного материала и данных методических указаний теоретические основы изучаемых механических процессов; • усвоить последовательность действий при проведении экспериментов; • освоить управление программой обработки экспериментальных данных и проведения теоретических расчетов. В результате выполнения данной лабораторной работы студенты должны выявить теоретические закономерности плоского движения тел — изменения кинематических характеристик этого вида движения (зависимостей от времени перемещений, скоростей, ускорений), провести экспериментальные измерения указанных характеристик и продемонстрировать их соответствие теоретическим (расчетным) зависимостям.
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА ТМл-03М Комплекс ТМл-03М (рис. 1) состоит из экспериментальной лабораторной установки, блока питания, аналого-цифрового преобразователя, ПЭВМ и программно-методического обеспечения. Программное обеспечение лабораторных установок данного комплекса реализовано в двух вариантах: 1) на основе аппаратно-программных средств фирмы National Instruments — модулей ввода-вывода сигналов и программной системы LabView версии 10.0, позволяющих решать задачи измерений, визуализации, управления и т. п.; 2) в разработанном на кафедре оригинальном исполнении. Рис. 1. Общий вид лабораторного комплекса Комплекс позволяет: • визуально определять различие кинематических параметров движения по наклонным плоскостям тел с разными моментами инерции;
Похожие