Гребной винт как "ветряк"?

[reterty]

В свое время я поставил лабораторную работу по определению
момента инерции тела динамическим методом. Суть ее такова:
на горизнтальную ось насаживается тело (велосипедное колесо
в изначальном варианте), наматывается нить с подвешенным к ней коромыслом
с грузиками). Нить наматывается на ось а затем отпускается.
Знаю массу грузов и колеса, диаметр вала, время опускания а также высоту опускания и поднятия
(за счет силы трения в оси эта высота меньше высоты опускания) можно
определить искомый момент инерции. В случае использования колеса при высоте опускания
в 1 м, высота поднятия составляла примерно 70-80 см.
Спустя некоторое время решил видоизменить ее и использовать маленький металлический
гребной винт от моторки. Я использовал хороший подшипник но высота поднятия составляет всего несколько сантиметров.
На мой взгляд, винт в данном случае работает как "ветряк" и эти потери энергии на "разгон" воздуха
являются на порядок большими нежели потери на трение в оси. Но если соответствующим расчетом
вторые потери можно учесть, то первые оценить крайне сложно. Вот и задался вопросом:
как убрать технически этот первый фактор??
Я так думаю, что можно поместить винт в плексигасовый (прозрачный) цилиндрический кожух, тем самым исключив возможность передвижения
воздушных масс

[Dmitriy40]

Достаточно очевидно: уменьшать максимальную скорость вращения. Например уменьшением диаметра оси намотки нити или облегчением груза. Возможно придётся улучшать качество подшипника в оси (для уменьшения погрешностей).
Ну предлагать поместить всё в вакуум не буду, это ещё более очевидно (и трудно реализуемо, хотя уменьшить давление воздуха в тысячи раз не такая уж и проблема).

-- 18.10.2018, 18:26 --

reterty в сообщении #1347371 писал(а):

Я так думаю, что можно поместить винт в плексигасовый (прозрачный) цилиндрический кожух, тем самым исключив возможность передвижения воздушных масс

Если короб будет неподвижным, то винту станет ещё труднее гонять в нём воздух - т.е. только хуже.
Если короб неподвижно соединён с винтом, то будете мерить момент инерции не винта, а всей системы винт-короб-воздух(внутри). Плюс трение короба о воздух, тоже не нулевое, хотя и меньше конечно чем у винта. Так можно, если мерить дважды, с винтом и без винта и брать разницу моментов.

[Eule_A]

Тема перемещена из форума «Помогите решить / разобраться (Ф)» в форум «Механика и Техника»
Причина переноса: этот раздел больше соответствует содержанию темы.

[reterty]

Dmitriy40 в сообщении #1347379 писал(а):

Достаточно очевидно: уменьшать максимальную скорость вращения. Например уменьшением диаметра оси намотки нити или облегчением груза. Возможно придётся улучшать качество подшипника в оси (для уменьшения погрешностей).
Ну предлагать поместить всё в вакуум не буду, это ещё более очевидно (и трудно реализуемо, хотя уменьшить давление воздуха в тысячи раз не такая уж и проблема).

-- 18.10.2018, 18:26 --

reterty в сообщении #1347371 писал(а):

Я так думаю, что можно поместить винт в плексигасовый (прозрачный) цилиндрический кожух, тем самым исключив возможность передвижения воздушных масс

Если короб будет неподвижным, то винту станет ещё труднее гонять в нём воздух - т.е. только хуже.
Если короб неподвижно соединён с винтом, то будете мерить момент инерции не винта, а всей системы винт-короб-воздух(внутри). Плюс трение короба о воздух, тоже не нулевое, хотя и меньше конечно чем у винта. Так можно, если мерить дважды, с винтом и без винта и брать разницу моментов.

С увеличением массы груза в эксперименте высота поднятия все же увеличивается (до 10-15см).

[Dmitriy40]

Так как трение качения не зависит от скорости, то можно каким-то образом построить график изменения скорости в процессе разгона или торможения и поглядеть где он квадратичный (влияет сопротивление воздуха), а где линейный (трение качения). Например замерить время торможения винта при разгоне несколькими разными грузами (с отрывом их после разгона). Пока Ваше предположение о влиянии именно трения о воздух малообоснованно, может груз настолько мал что почти вся сила уходит на преодоление трения качения (на что кстати может намекать резкое увеличение высоты подъёма при увеличении груза).

[wrest]

reterty в сообщении #1347371 писал(а):

Вот и задался вопросом:
как убрать технически этот первый фактор??

Спилить лопасти.

[EUgeneUS]

wrest в сообщении #1347393 писал(а):

Спилить лопасти.

+1
Зачем использовать винт? Разве нельзя найти или сколхозить гладкий маховик нужных размеров и массы?

[reterty]

EUgeneUS в сообщении #1347396 писал(а):

wrest в сообщении #1347393 писал(а):

Спилить лопасти.

+1
Зачем использовать винт? Разве нельзя найти или сколхозить гладкий маховик нужных размеров и массы?

Я работаю сейчас в морском вузе. Вот и возникла задача с экспериментальным определением момента инерции гребного винта
(метод крутильных колебаний не предлагать)

[EUgeneUS]

reterty
Выше правильно заметили - надо уменьшать скорость вращения винта.

Метод измерения периода физического маятника подходит?

[Dmitriy40]

Я повторю: уменьшить максимальную скорость вращения до величины, при которой сила трения о воздух заведомо много меньше силы тяжести груза.
Вариантов как это реализовать много: можно давление воздуха уменьшить; можно ограничить длину нити; можно увеличить груз (с уменьшением длины нити); можно убрать винт в короб и проводить два измерения (с винтом и без).

[wrest]

reterty в сообщении #1347401 писал(а):

Я работаю сейчас в морском вузе. Вот и возникла задача с экспериментальным определением момента инерции гребного винта
(метод крутильных колебаний не предлагать)

Меряйте потребляемую мощность на разных оборотах винта, стройте график, и этимъ более-менее точно померяете силу трения которую вы считаете сложно учесть.

[reterty]

Dmitriy40 в сообщении #1347410 писал(а):

Я повторю: уменьшить максимальную скорость вращения до величины, при которой сила трения о воздух заведомо много меньше силы тяжести груза.
Вариантов как это реализовать много: можно давление воздуха уменьшить; можно ограничить длину нити; можно увеличить груз (с уменьшением длины нити); можно убрать винт в короб и проводить два измерения (с винтом и без).

Спасибо! Заменю нить на прочную леску и возьму намного более существенный груз

[Dmitriy40]

reterty в сообщении #1347413 писал(а):

Заменю нить на прочную леску и возьму намного более существенный груз

Не забудьте что при возрастании груза максимальная скорость увеличивается, а сила трения о воздух увеличивается квадратично, потому с увеличением груза трение о воздух растёт быстрее груза. И Вам надо одновременно уменьшать длину нити (намотки, падения) чтобы сила трения оставалась много меньше веса груза.
Лучше бы груз уменьшать, но тогда начнёт сильнее влиять трение качения в оси. Но может реально найти точку когда обе силы трения сильно меньше веса груза ... для этого и надо улучшать качество подшипника.
PS. Под весом груза надо везде понимать разумеется момент веса груза, так что можно не груз увеличивать/уменьшать, а радиус вала намотки.

[wrest]

Мне нравится предложение EUgeneUS насчет маятника. Просто и универсально, имхо. И скорости будут заведомо небольшие.

[Munin]

reterty в сообщении #1347401 писал(а):

(метод крутильных колебаний не предлагать)

А почему?