物理实验三线摆与生活(正式)
上海大学课程论文
论文题目：
通过三线摆测转动惯量对洗衣机滚筒设计的设想
课程名称：大物实验
学号：16121901
姓名：毛文晖
2017年4月12日
通过三线摆测转动惯量对洗衣机滚筒设计的设想
刚体的定轴转动是实际生活中应用十分广泛的一种运动。刚体定轴转动时，刚体的角加速度与作用于其上的合外力矩成正比。公式为：M=Jα。而转动惯量则与物体的质量分布，质量有关。L=Jω
计算机洗衣机如今已经走入了千家万户，主要的种类有波轮式洗衣机，滚筒式洗衣机以及搅拌式洗衣机。其本质离不开转动。其中波轮式或滚筒式洗衣机的基本工作原理是电机通过皮带减速驱动波轮旋转，定时器或电脑控制波轮正反转搅动水、洗涤剂和衣物，被洗涤的衣物，在洗涤桶中在波轮旋转的机械作用、洗涤剂水溶液的化学作用下，通过正反转往复搅动揉搓衣物达到去除污渍洗净衣物的目的。
由于惯性作用，在洗衣机启动滚筒，或是减速滚筒时，由静止到运动，由运动到静止需要消耗比匀速转动时更多的能量以克服惯性，摩擦等。偶尔如此并不会损失过多的能量，但当波轮洗衣机进行波轮间歇正反转进行洗涤时，需要不断地变换运动状态，因此也就使洗衣机的功率大幅升高。但是通过利用刚体转动惯量的知识就可以做到一部分的改进。
根据第二周由三线摆测转动惯量的实验可以得出，虽然三线摆放上待测物后，其摆动周期不一定比空盘的转动周期大，但加上物体后，下盘总的转动惯量增大了。利用该实验装置如果被测圆环半径增大，应当可以得出实验结果：半径大的圆环的转动惯量会更大些。因此可以将这个实验结论运用到下述实际中。
由于洗衣机的滚筒在运动中和受力作用后，形状和大小不变，而且内部各点的相对位置不变，因此可将洗衣机滚筒看作刚体。设滚筒的质量为m ，半径为r ，质量均匀分布，设洗衣机从静止开始转动到角速度为ω的匀速圆周运动过程中角加速度恒定，合力矩为摩擦力矩，牵引力矩之和（假设摩擦力矩为0，牵引力F=ma，a=αr ，M=mαr^2，故合外力矩恒定不变）据∫Mdt=ΔL ，每个瞬时点∫Mdt 为一常量，且随着时间不断增大，由此可知角动量L 不断增大, L=Jω，在衣物脱水或滚筒加速时，为了使某一时刻转筒角速度更大，即使转动惯量J 减小，可以通过减小转筒半径r 实现。
当滚筒达到匀速转动状态时，L=Jω，L=mvr=mωr^2不变，为了使角速度保持最大，匀速转动时滚筒转动惯量保持最小，即滚筒半径保持加速时缩短的状态。
同理，在洗衣机滚筒制动减速时，可通过增大滚筒半径，增大转动惯量，使角速度ω渐渐变小（M 不变）。
因此，只需通过安装可以改变滚筒直径大小的装置，充分利用转动惯量便可以利用这个物理性质减少电机一部分的能耗。