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

83576. Військовополонені. Найманці 37.85 KB
  Полонені мають свого представника що спостерігає за умовами їх життя і підтримує звязок із адміністрацією табору. Полонені забезпечуються необхідним одягом харчуванням медичним обслуговуванням. Рядові полонені можуть притягуватися до роботи з урахуванням їх фізичного стану.
83577. Правове положення учасників збройних конфліктів 37.61 KB
  Під час збройних конфліктів населення що проживає на території держави поділяється на дві групи: таке що відноситься до збройних сил і таке що не відноситься до збройних сил цивільне населення. Комбатанти це особи що входять до складу збройних сил воюючих сторін та безпосередньо ведуть бойові дії проти ворога зі зброєю в руках. Некомбатанти це особи що входять до складу збройних сил та безпосередньо не беруть участь в бойових діях Це військові кореспонденти юристи духівництво інтенданти медичний персонал.
83578. Заборонені засоби і методи ведення війни 36.97 KB
  Засоби ведення військових дій це зброя і інша військова техніка що застосовується збройними силами воюючих для знищення живої сили і матеріальних засобів противника придушення його сил і здатності до опору. Методи ведення військових дій це порядок різні способи використання засобів ведення війни у вказаних цілях. право сторін що знаходяться в конфлікті обирати методи і засоби ведення війни не є необмеженим.
83579. Особливості ведення морської війни 38.73 KB
  Театром морської війни є внутрішні морські води територіальне море і відкрите море. До морської війни застосовні загальні правила сухопутної війни зокрема правила щодо заборони на певні засоби і методи. В правилах морської війни специфічними є правила для підводних човнів морської блокади бомбардувань і ін.
83580. Правова регламентація повітряної війни 34.96 KB
  Всі правила і норми що стосуються війни в цілому відносяться і до повітряної війни. Театром повітряної війни є повітряний простір над сухопутним і морським театрами воїни тобто над сухопутною територією воюючих над територіальним і відкритим морем. Повітряний простір над нейтральними державами театром війни бути не може.
83581. Захист цивільних об’єктів та культурних цінностей в період збройного конфлікту 37.56 KB
  Згідно з Додатковим протоколом І цивільні обєкти не повинні бути обєктом нападу або репресалій. До військових об\' єктів Протокол відносить такі обєкти які через свій характер розташування призначення або використання роблять ефективний ї несок у військові дії і повне або часткове руйнування захоплення або нейтралізація яких при існуючих в даний момент обставинах надає явну військову перевагу ст. Отже обєкти що не підпадають під вищенаведене визначення повинні розглядатися як цивільні і їх знищення є забороненим методом ведення...
83582. Закінчення війни і його міжнародно-правові наслідки 36.35 KB
  Розрізняють припинення стану війни і припинення військових дій. Припинення військових дій не завжди автоматично супроводжується припиненням стану війни. Перемиря тимчасове припинення військових дій на умовах узгоджених воюючими сторонами. Подруге загальне перемиря при певних обставинах наприклад якщо сторони в конфлікті формально не заявили про наявність стану війни між ними здатне не тільки призупинити військові дії але і привести до їх припинення.
83583. Поняття та принципи міжнародного повітряного права 32.8 KB
  Міжнародне повітряне право - це система міжнародно-правових норм, які регулюють відносини між суб\'єктами міжнародного права у зв\'язку з використанням повітряного простору та визначають його правовий режим.
83584. Міжнародна організація цивільної авіації 36.37 KB
  Міжнародна організація цивільної авіації ІКАО була створена відповідно до Конвенції про міжнародну цивільну авіацію 1944 р.: забезпечувати безпечний і впорядкований розвиток міжнародної цивільної авіації в усьому світі; заохочувати мистецтво конструювання й експлуатації повітряних суден у мирних цілях; заохочувати розвиток повітряних трас аеропортів і аеронавігаційних засобів для міжнародної цивільної авіації; задовольняти потреби народів світу у безпечному регулярному ефективному й економічному повітряному транспорті; запобігати...