Feladat: 173. fizika mérési feladat Korcsoport: 16-17 Nehézségi fok: átlagos
Megoldó(k):  Felföldi Zsolt ,  Karádi Richárd ,  Keszler György ,  Liptai Bernadett ,  Major Zsuzsanna ,  Megyeri Ágnes ,  Péter Szabolcs ,  Ronyecz Andrea ,  Sarlós Ferenc ,  Trencsényi Balázs ,  Végh Tamás 
Füzet: 1996/március, 189. oldal  PDF file
Témakör(ök): Mechanikai mérés, Tehetetlenségi nyomaték, Mérési feladat
Hivatkozás(ok):Feladatok: 1995/október: 173. fizika mérési feladat

Mérjük meg egy kerékpár első kerekének a forgástengelyére vonatkozó tehetetlenségi nyomatékát!

A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre.

A kerék tehetetlenségi nyomatékának mérése úgy történhet, hogy valamilyen módon mozgásba hozzuk a kereket, s a mozgás leíró adatokból, valamint a mozgást előidéző ok(ok) jellemzőiből következtetünk a keresett mennyiségre.
A létrehozott mozgás lehet például egyenletesen gyorsuló forgómozgás. Sarlós Ferenc (Baja, III. Béla Gimn., II. o.t.) egy létra és lécek segítségével bizonyos magasságban (a szokásos helyzetében) rögzítette a kerékpárt, majd az első kerekére madzagot tekert és a madzag végére súlyt akasztott. Az elengedett súly egyenletesen gyorsulva forgásba hozta a kereket, egészen addig, míg a padlóhoz nem koppant a nehezék. A súly elmozdulását és az elmozduláshoz szükséges időt megmérve ki lehet számítani a súly gyorsulását (és ezzel együtt a kerék szöggyorsulását). Ezekből az adatokból (a munkatételt alkalmazva) meg lehet határozni a kerék forgási energiáját, abból pedig a tehetetlenségi nyomatékát.
A kerékpár első kerekének tengelyét vízszintesen rögzítve, majd valamelyik küllőre kicsiny súlyt erősítve ,,fizikai ingát'' lehet készíteni. Major Zsuzsanna (Stuttgart, Friedrich-Eugens-Gymn. IV. o.t.) megmérte a (pontszerűnek tekinthető) kicsiny súly m tömegét, a tengelytől mért r távolságát, valamint az inga kis kitérésekhez tartozó T lengésidejét. Ezekből az adatokból (a fizikai inga lengésidő-képletét felhasználva) a kerék tehetetlenségi nyomatéka a

Θ=mr(T2g4π2-r)
összefüggésből számítható.
A mérés pontosságának becslésénél a mért mennyiségek mérési hibáinak számbavételén kívül a tengelysúrlódásra és a közegellenállásra is gondolnunk kell. A mért adatok számértéke természetesen függ a kerékpár méretétől és típusától. Egy jellegzetes érték: Θ=(0,2±0,01)kg m2.