转动惯量虚拟实验
记录八次半圈遮光时间,用减速与加速配对反演惯量,研究偏轴质量分布。
时间 s
图 1 定轴转动装置;平台轮廓为示意,圆环和圆柱按相对几何比例绘制
遮光计时与惯量反演
表 1 当前装载与过程的八次遮光时刻
| 信号 k | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 时间 / s |
表 2 虚拟计时过程( 组)
| 装载 | 过程 | 来源 | 逐差β均值 / rad/s² | 第8时刻 / s | 操作 |
|---|
原报告已报派生量
表 3 源逐差角加速度及均值
| 对象/状态 | β1 | β2 | β3 | β4 | 均值 / rad/s² |
|---|
源β和总惯量是已计算结果,不是原始k–t观测。原表只有100mm偏轴点,不能据此独立验证d²关系;无悬挂质量与计时表,几何与源惯量之差单独陈述。
模型依据
$$\beta_f=-\tau/J,\quad\beta_a=\frac{mgr-\tau}{J+mr^2},\quad J=\frac{mr(g-r\beta_a)}{\beta_a-\beta_f}.$$
$$k\pi=\omega_0t_k+\frac12\beta t_k^2,\quad J_{ring}=\frac12m(R_o^2+R_i^2),\quad J_{cyl}(d)=\frac12ma^2+md^2.$$
无滑动轻绳、理想定滑轮,摩擦力矩在两个阶段相同且反向于当前正转。开放域保证自由减速能达到八次半圈信号,不将停止后的恒负加速外推为真实反转。详见模型与独立验证依据。
参考文献
陈国华、程敏熙. 智能手机磁传感器在落体法测量刚体转动惯量中的应用. 大学物理实验, 2020, 33(6):55–57+71. DOI:10.14139/j.cnki.cn22-1228.2020.06.015。p55式1、2、4为耦合动力学依据;项目保留悬挂物平动惯性,采用原报告半圈光电信号并独立推导逐差与配对消元。论文p56式8的中点时间差印刷问题已在模型依据中核查。