惯性秤虚拟实验

改变附加质量,观察周期变化,以定标直线测量惯性质量。

时间 0.000 s

图 1 等效惯性秤;水平位移以固定放大比例显示

手动计时

在同一位置、同一运动方向经过时启动计时,数满 $N$ 个周期后停止。此计时采用仿真时钟,暂停时冻结。

0.000 s

先开始振动,再选取计时起点。

周期平方定标

图 2 当前位置参数下的四周期位移曲线

表 1 虚拟加载与周期记录(0 组)

来源$m/\mathrm g$$N$$t/\mathrm s$$T/\mathrm s$操作
图 3 当前劲度与幅值条件下的周期平方定标

用原定标测未知质量

此入口使用原报告八组标准质量定标;默认圆柱周期为独立的原观测,190.5 g 标称值仅供比较。

原报告观测与定标

25–200 g 的八组标准质量进入定标;圆柱周期独立用于反推。表中周期来自原始记录,平方重新计算。

表 2 标准质量周期与圆柱周期

身份$m/\mathrm g$$T/\mathrm s$$T^2/\mathrm s^2$

模型依据

依文献 [1] 水平惯性秤关系的零阻尼极限,将小位移运动视为线性单自由度振子;弹性部件的分布质量并入空载等效质量 $m_0$,忽略阻尼和摩擦。释放时初速度为零。

$$\begin{gathered}(m+m_0)\ddot x+kx=0\\[6pt]x(0)=A,\quad\dot x(0)=0.\end{gathered}$$
$$\begin{gathered}T^2=am+b\\[6pt]a=\frac{4\pi^2}{k}\\[6pt]b=am_0\\[6pt]m_x=\frac{T_x^2-b}{a}.\end{gathered}$$

定标量是当前装置与模型的有效参数。原记录未给出仪器限差及未知周期不确定度,残差协方差传播只覆盖定标分量。模型适用性、参数身份和验证见模型证据与验证。

参考文献

  1. 郑雪梅、杨静、庄玲、杨建荣:《阻尼惯性秤的定标和惯性质量的测量》,上饶师范学院学报,2015,35(3):38–41。DOI。

采用p.38式(3)的零阻尼极限;教学参数与文献阻尼装置分别标识。