![]() |
ВИЗНАЧЕННЯ ПРИСКОРЕННЯ ВІЛЬНОГО ПАДІННЯ ЗА ДОПОМОГОЮ ОБОРОТНОГО МАЯТНИКА
Мета роботи: визначити прискорення вільного падіння за допомогою оборотного маятника. Обладнання: установка РМ-04.
Установка РМ-04 складається з стержня 1, на якому кріпиться кронштейн 2. На кронштейні на ножових опорах встановлюється маятник 3 з рухомими чечевицями 4. Електричний блок 5 відлічує час і кількість коливань. Сигнал на блок подається з фотодатчиків 6 .
Теоретичні відомості
Коливаннями називають рухи або процеси, які характеризуються певною повторюваністю в часі. Коливальні процеси широко поширені в природі і в техніці. Фізична природа коливань може бути різноманітною, тому коливання можуть бути механічні, електромагнітні та інші. Незважаючи на різну природу коливних процесів, вони описуються однаковими рівняннями.
Найпростішими із коливань є гармонійні. Якщо коливна величина змінюється з часом за законом сінуса (косінуса), то коливання називаються гармонійними. Наприклад, гармонійні коливання величини S описується рівнянням виду
де А - амплітудне значення коливної величини, ω0 - кругова (циклічна) частота, φ0 - початкова фаза. Циклічна частота
де
Позначивши
Рівняння (14.4) є диференціальним рівнянням коливання фізичного маятника, період якого або Покажемо, що приведена довжина такого маятника дорівнює відстані між точками підвісу. Нехай фізичний маятник відносно точок О і О1 є оборотний, тоді Виключивши з цих рівнянь І0, отримаємо
Порівнюючи це рівняння з рівнянням
Таким чином, вимірявши віддаль L між точками підвісу маятника за графіком період коливання Т, з формули
можна визначити прискорення вільного падіння.
Порядок виконання роботи 1. Повернути верхній кронштейн так, щоб кінець стержня оборотного маятника перекрив лампочку фотодатчика. 2. Положення ножових опор маятника зафіксувати гвинтом так, щоб при зміні точок підвісу нижній кінець його перекривав лампочку фотодатчика і, до закінчення досліду не змінювати. 3. Звільнити гвинтом чечевицю і пересунути її вниз до кінця стержня, але так, щоб він проходив в проміжку фотодатчика. 4. Положення верхньої чечевиці вказує лаборант. 5. Відхилити маятник на 3°- 4° від положення рівноваги, натиснути кнопку "сброс" і відпустити маятник. 6. Після появи на цифровому табло цифри 9 натиснути кнопку "стоп" і записати покази кількості коливань маятника n і час t. 7. За формулою 8. Пересуваючи, послідовно, нижню чечевицю вгору на одну поділку, для кожного положення чечевиці, виконати пункти 3, 4, 5, 6 і 7. 9. Повернути маятник на 180° і підвісити його на другу ножову опору. 10. Переміщуючи чечевицю на кожну поділку вниз від верхнього кінця маятника, виконати пункти 3, 4, 5, 6 і 7. Одержані результати вимірювань занести в таблицю. 11. За одержаними результатами побудувати графік (див. рис. 14.3) З графіка визначити період оборотного маятника Тоб. 12. Визначити приведену довжину маятника (віддаль між ножовими опорами) L. 13. За формулою (14.6) визначити прискорення вільного падіння. 14. Обчислити похибки згідно методичних вказівок.
Контрольні запитання 1. Які рухи називаються коливними? 2. Які коливання називаються гармонійними? 3. Запишіть рівняння гармонійного коливання. 4. Запишіть диференціальне рівняння гармонійного коливання. 5. Який маятник називається математичним? 6. Який маятник називається фізичним? 7. Який маятник називається оборотним? 8. Запишіть диференціальне рівняння коливань фізичного маятника. 9. Як і в якій послідовності визначити прискорення вільного падіння за допомогою оборотного маятника? Лабораторна робота № 15 |
|
|