Comprendre la méthode de suspension bifilaire
La méthode de suspension bifilaire repose sur le mouvement harmonique simple d'un objet suspendu. Voici la configuration:
1. Suspension: La barre est suspendue horizontalement par deux chaînes (ou fils) parallèles et identiques de longueur «L».
2. Équilibre: Lorsque la barre n'est pas perturbée, elle est suspendue horizontalement.
3. Déplacement: La barre est légèrement tournée et libérée. Il oscillera d'avant en arrière.
4. Mesure: La période (t) de ces oscillations est mesurée.
La physique derrière la méthode
* Restauration de couple: Lorsque la barre est déplacée, la tension dans les cordes crée un couple de restauration qui le ramène à sa position d'équilibre.
* Moment d'inertie: Le moment de l'inertie (i) de la barre détermine à quel point il résiste à la volonté des changements dans son mouvement de rotation.
* période d'oscillation: La période d'oscillation est directement liée au moment d'inertie, à la longueur des cordes et à la masse de la barre.
Dérivation de la formule
La formule pour le moment de l'inertie (i) de la barre à l'aide de la méthode de suspension bifilaire est:
`` '
I =(π² * m * l² * t²) / (4 * d²)
`` '
où:
* i: Moment d'inertie du bar
* m: Masse du bar
* l: Longueur des cordes
* t: Période d'oscillation
* d: Distance entre les points de suspension (la séparation des cordes)
étapes pour déterminer le moment d'inertie
1. Configuration:
* Suspendez la barre horizontalement en utilisant deux chaînes identiques de longueur connue (L).
* Mesurez la distance entre les points de suspension (D).
* Mesurez la masse de la barre (M).
2. Oscillation:
* Tournez doucement la barre légèrement et relâchez-la.
* Utilisez un chronomètre pour mesurer le temps pour plusieurs oscillations.
* Divisez le temps total par le nombre d'oscillations pour déterminer la période (t).
3. Calcul:
* Branchez les valeurs mesurées de M, L, T et D dans la formule ci-dessus pour calculer le moment d'inertie (I).
Considérations importantes
* petite amplitude: Les oscillations devraient avoir une petite amplitude (angle de rotation) pour assurer un mouvement harmonique simple.
* Longueur de chaîne: Les cordes doivent être suffisamment longues pour minimiser l'influence de la masse de la corde sur l'oscillation.
* Résistance à l'air: La résistance à l'air peut légèrement affecter la période. Pour des résultats précis, envisagez de réaliser l'expérience dans un environnement à faible résistance à l'air.
Exemple
Disons que vous avez un bar avec:
* Masse (m) =0,5 kg
* Longueur de chaîne (l) =0,8 m
* Distance entre les points de suspension (d) =0,2 m
* Période (t) =1,2 seconde
Brancher ces valeurs dans la formule:
`` '
I =(π² * 0,5 kg * (0,8 m) ² * (1,2 s) ²) / (4 * (0,2 m) ²)
`` '
Cela vous donne le moment d'inertie (i) du bar.
Rappelez-vous: La méthode de suspension bifilaire est un moyen pratique et accessible de déterminer le moment d'inertie des objets. Il est particulièrement utile pour les objets aux formes irrégulières où le calcul du moment d'inertie analytiquement pourrait être complexe.
