11665

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

Лабораторная работа

Физика

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1 Ознакомиться с теорией маятника. 2 Экспериментальное определить ускорение свободного падения в данном географическо...

Русский

2013-04-10

120.13 KB

27 чел.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 1.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ ПРИ ПОМОЩИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1) Ознакомиться с теорией маятника.

2) Экспериментальное определить ускорение свободного падения в данном географическом месте с помощью математического маятника.

ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Простой маятник на кронштейне, секундомер, линейка.

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ

Колебаниями называются любые процессы, обладающие определенной степенью повторяемости. Простейшим видом колебаний является гармонические колебания. Гармоническим колебанием физической величины х называется процесс изменения ее во времени t по закону синуса или косинуса:

или ,

где  амплитуда колебания;  круговая или циклическая частота;  время одного полного колебания (период); – фаза колебания;  начальная фаза колебания.

Из определения гармонического колебания следует, что период колебания является наименьшим промежутком времени, по истечении которого движение полностью повторяется.

Гармонические колебания совершают маятники под действием силы тяжести, если углы отклонения от отвесного положения (положения равновесия) малы. Маятники бывают простые и сложные. Тело малых размеров (материальная точка), подвешенное на длинной нити, растяжением и весом которой можно пренебречь, называют простым или математическим маятником. 

Период колебания такого маятника равен 

,     (1)

где l – длина нити; g – ускорение свободного падения.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

В данной работе используемый маятник представляет собой тяжелый шарик, подвешенный на длинной тонкой нити (рис. 1). Период колебаний его при угле отклонения можно рассчитать по формуле (1), потому что в пределах точности измерений такой маятник можно принять за простой или математический.

Из формулы (1) следует, что ускорение свободного падения равно:

,     (2)

где  длина простого маятника, то есть расстояние между точкой подвеса и центром тяжести шарика.

Рис. 1

Для определения  по формуле (2) нужно опытным путем найти  и . Измерение  осложняется тем, что приходится определять положение точки подвеса и центр тяжести шарика. Однако эти трудности можно обойти и определить  без непосредственного измерения . Для этого шарик подвешивают на нити так, чтобы можно было увеличивать или уменьшать длину нити маятника.

Если определить период колебаний  при длине нити , а затем, укоротив (или удлинив) нить (рис. 2), снова определить период  при длине , то ускорение  можно рассчитать следующим путем:

,  ,

,

откуда

     .     (3)

Рис. 2

Из формулы (8) следует, что для опытного определения  нужно найти изменение длины маятника и нет необходимости измерять длины маятников и .

Изменение длины маятника определяют по перемещению точки крепления свободного конца нити.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.На кронштейне, укрепленном на потолке, подвешивается маятник длиной . Свободный конец нити прикреплен к штырьку, вставленном в гнездо на стене.

2. Отклоняют маятник на угол порядка (размах нижнего конца 8-10 см) и предоставляют ему свободно колебаться. Пропустив 3-4 полных  колебания, пускают секундомер в тот момент, когда маятник достигает максимального отклонения, и измеряют время для (50100) полных колебаний маятника. Определяют период

.

3.Описанные в пункте 2 операции повторяют еще 4-5 раз и по полученным значениям вычисляют среднее значение периода колебаний при длине маятника .

4.Укоротив маятник за счет перемещения штырька в другое гнездо, отклонить маятник на небольшой угол и снова определить его период колебаний при новой длине . Нахождение осуществляется аналогично определению .

5.Измерить разность длин маятников -, равную расстоянию между гнездами, в которые вставлялся штырек.

6. Полученные данные , и подставляют в формулу (3) и рассчитывают величину для данного географического места.

7. Запись результатов измерений и вычислений внести в таблицу:

для

для

,

, 

,

, 

, с

, с

, с

-, м

1

2

3

4

5

8.Рассчитать погрешность и записать результат в виде: g=gср±2σ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

  1.  Какие колебания называются свободными?
  2.  Какие колебания называются гармоническими?
  3.  Запишите уравнение свободных гармонических колебаний.
  4.  Что такое частота колебаний, их период и амплитуда?
  5.  Какие характеристики гармонических колебаний не изменяются с течением времени?
  6.  Какие характеристики колебаний являются гармоническими функциями времени?
  7.  Дайте определение моменту инерции материальной точки и моменту инерции тела.
  8.  Дайте определение математическому маятнику. Чему равен его момент инерции? Как можно изменить момент инерции математического маятника?
  9.  Дайте 2! определения моменту силы (через расстояние от центра тяжести до оси вращения и через плечо силы). Как определить направление момента силы?
  10.  Запишите основной закон динамики для вращательного движения и получите формулу для периода колебаний математического маятника с сопутствующими объяснениями (использовать дополнительную литературу).

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

10155. Научная картина мира как форма систематизации научного знания, ее виды и функции. 82.5 KB
  Научная картина мира как форма систематизации научного знания ее виды и функции. Как особый структурный феномен не входящий полностью в теоретическое знание в настоящее время выделяется еще научная картина мира. НКМ – целостная система представлений об общих ...
10156. Научные революции и типы научной рациональности 62.5 KB
  Научные революции и типы научной рациональности. Типология традиций и новаций в науке. Глобальные научные революции. Изменение научной рациональности. В предыдущей лекции речь шла о соотношении традиций и новаций в развитии науки. Выделим теперь типы...
10157. Глобальные научные революции в истории культуры. Классическая, неклассическая и постнеклассическая наука: временные рамки и специфика 49 KB
  Глобальные научные революции в истории культуры. Классическая неклассическая и постнеклассическая наука: временные рамки и специфика. В истории европейской науки традиционно принято выделять две глобальные научные революции, более дискуссионными являются вопро
10158. Этика науки и проблема социальной ответственности ученого и проектировщика. Формы реализации ответственности ученых за использование достижений науки 44 KB
  Этика науки и проблема социальной ответственности ученого и проектировщика. Формы реализации ответственности ученых за использование достижений науки. Проблема этической размерности научной деятельности и технического творчества обозначилась в ХХ в.: достаточ...
10159. Различие внутренней и внешней этики науки. Этические нормы в профессиональной работе ученого, проектировщика 43 KB
  Различие внутренней и внешней этики науки. Этические нормы в профессиональной работе ученого проектировщика С т.з. адресата этика науки и техники подразделяется на внешнюю по отношению к обществу в целом и внутреннюю но отношению к коллегам в рамках совместного тр
10160. Предмет философии техники. Специфика философского изучения техники 71.5 KB
  Предмет философии техники. Специфика философского изучения техники ФТ это конкретная философская дисциплина так же как ФН ФР этика эстетика логика. Т.е. достаточно самостоятельная область исследования. Философия техники во-первых исследует феномен техники в цел...
10161. Предпосылки и этапы формирования философии техники 33.5 KB
  Предпосылки и этапы формирования философии техники. История техники это объективная предпосылка человеческой деятельности. Есть несколько концепций исторического развития техники. В классическом марксистском видении ее история выражена цепочкой последовательн...
10162. Определение техники как философская проблема. Основные способы определения техники 47 KB
  Определение техники как философская проблема. Основные способы определения техники. Отсутствие должной степени разработки философских аспектов техники во многом вызвано тем обстоятельством что техника как объект исследования со стороны философии представляет с...
10163. Специфика технического отношения к миру и технического типа мышления 36 KB
  Специфика технического отношения к миру и технического типа мышления. В имеющихся определениях техники обнаруживается существенно общий смысловой срез: по отношению к человеку техника является вопервых воплощением его деятельности и вовторых таким вопло...