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

26 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

21627. Создание и оформление таблиц в Word 1.13 MB
  Представлены способы создания таблиц добавления и удаления столбцов и строк таблицы. Общие сведения о таблицах Таблицы в документах Microsoft Word используют большей частью для упорядочивания и представления данных. В таблицах можно производить вычисления таблицы можно использовать для создания бланков документов. Для работы с таблицами используют команды меню Таблица элементы панелей инструментов Стандартная Форматирование Таблицы и границы и Базы данных рис.
21628. Создание теста документа в MS Word 586 KB
  Представлены приемы использования табуляции при создании текста документа. Использование табуляции О табуляции Табуляция используется для выравнивания текста в пределах строки. Позиции табуляции позволяют перемещать курсор по строке клавишей клавиатуры Tab на определенные расстояния от левого поля. В Microsoft Word всегда есть позиции табуляции установленные по умолчанию.
21629. Двигательные нарушения при ДЦП 51 KB
  Существует условное деление мышц на тонические обеспечивающие поддержание поз и фазические осуществляющие динамические движения. Разные функции мышц обеспечиваются составом входящих в мышцу разных двигательных единиц ДЕ. Преобладание быстрых ДЕ обеспечивает динамические движения например двуглавая и трехглавая мышцы плеча при баллистических движениях.
21630. Понятие о ДЦП: эпидемиология, классификация, этиология 44 KB
  Семеновой 1999 ДЦП на территории России в 1962 году составлял 04 случая на 1000 детского населения а в 1992 – 9 случаев на 1000 детского населения. В Украине как и во всем мире также растет численность детей страдающих ДЦП. ДЦП описан еще в трудах Гиппократа и К.
21631. Адаптивное физическое воспитание детей с ДЦП 153.5 KB
  Второй период реализуется в дошкольных учреждениях компенсирующего и комбинированного вида имеющих специализированные группы детей с ДЦП. Понятие о ДЦП: эпидемиология классификация этиология ДЦП – органическое поражение мозга возникающее в период внутриутробного развития в родах и в период новорожденности и сопровождающееся двигательными речевыми и психическими нарушениями.Семеновой 1999 ДЦП на территории России в 1962 году составлял 04 случая на 1000 детского населения а в 1992 – 9 случаев на 1000 детского населения.
21633. Двигательная реабилитация детей с ДЦП 47.5 KB
  ЛФК проводят в дошкольном возрасте от 3 до 7 лет в детских садах в форме малогрупповых занятий от 3 до 5 раз в неделю по 1530 минут. Специалисту по ЛФК необходимо знать методы и принципы последовательности формирования двигательных навыков ребенка с ДЦП. В занятиях ЛФК используют как статические так и динамические дыхательные упражнения в разных исходных положениях с разным темпом ритмом с акцентом на вдох или выдох с использованием различных предметов надувание шариков пускание мыльных пузырей игра на духовых инструментах и пр.
21634. Фазированные антенные решетки 52.5 KB
  Если на первых этапах развития антенна должна была обеспечить эффективное излучение и прием то потом от антенны потребовалось значительное усиление получаемое за счет направленности действия. С появлением радиосистем локации навигации и управления приемные антенны стали осуществлять пеленгацию т. Помеховая обстановка непрерывно меняется поэтому потребовались самоприспосабливающиеся антенны адаптивные.
21635. Введение в макроэкономику 161 KB
  Предмет макроэкономики. Особенности макроэкономического анализа. Основные макроэкономические проблемы и цели макроэкономического регулирования. Макроэкономические модели. Реальные и номинальные величины. Потоки и запасы. Основные макроэкономические переменные; Методы измерения ВВП...