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

5456. Организация ремонта колесных пар со сменой элементов в колесно-прессовом участке грузового вагонного депо 14.48 MB
  Железнодорожный транспорт в РФ имеет исключительное значение в жизнеобеспечении многоотраслевой экономики и реализации социально значимых услуг по перевозке пассажиров. Железнодорожный транспорт последовательно продвигается по пути реформ, ...
5457. Расчет выпаривания расствора 100.5 KB
  Задание В выпарном аппарате непрерывного действия под атмосферным давлением упаривается раствор KOH от начальной концентрации Хн (% масс.) до конечной концентрации Хк (% масс). Производительность аппарата по исходному раствору GH (кг/с). Гидростатич...
5458. Міжнародний рух капіталів 43.5 KB
  Міжнародні фінансово-кредитні відносини - це відносини, що виникають між суб’єктами світового господарства з приводу міжнародної міграції капіталів з метою отримання їхніми власниками підприємницьких прибутків, позичкових процентів. Міжнародні ...
5460. СОТ та її роль у регулюванні міжнародної торгівлі 26.65 KB
  Регулювання міжнародної торгівлі на міждержавному рівні, являє собою спільно прийняті урядами різних країн на основі компромісів домовленості (правові положення, норми, процедури, погоджені взаємні зобов'язання, рекомендації)...
5461. Технология изготовления вала Н40-ИНА 125.02.106 механизма периодического поворота машины набивочной Н40-ИНА-125 343 KB
  Рассмотрен технологический процесс сборки сборочной единицы машины H40-ИНА-125, разработан технологический маршрут изготовления вала H40-ИНА 125.02.106, разработано специальное приспособление для закрепления заготовки вала на фрезерной и сверлильно...
5462. Представление числовой информации с помощью систем счисления 42.97 KB
  Представление числовой информации с помощью систем счисления. Цели: Образовательные: Ознакомить с понятием системы счисления, видами систем счисления и способами перевода из 10-тичной в р-ичную систему. Развивающая:продолжатьразвивать по...
5463. Business activity. Ділова активність 39.5 KB
  Businessactivity. Ділова активність Вид заняття: лекція. Мета: спонукати студентів до висловлювання англ. мовою шляхом постановки проблемних питань, практикувати навички усного мовлення розвивати у студентів навички самостій...