2487

Изучение физического маятника. Лабораторная работа

Лабораторная работа

Физика

Выполнив лабораторную работу, научились определять ускорение свободного падения методом Бесселя.

Русский

2013-01-14

74.77 KB

58 чел.

Отчет по лабораторной работе

Изучение физического маятника

Выполнили:

студенты группы Ф–14

Кукобникова В.В.,

Лобан А.А.


Цель работы: определение ускорения свободного падения методом Бесселя.

Приборы и принадлежности: установка FPM-04, линейка.

Теоретическое обоснование

Формула (1)

для периода колебаний ФМ может служить основой для определения ускорения силы тяжести. Однако сложности, связанные с определением момента инерции I маятника, затрудняют непосредственное использование этой формулы для определения g. Для устранения этой трудности, Бесселем была предложена специальная конструкция ФМ, получившая название оборотный маятник (ОМ). Он состоит из металлического стержня, на котором закреплены две опорные призмы и два ролика. Если расстояние между призмами равно , то согласно условию взаимности точек подвеса О и центра качания , периоды колебаний и колебаний ОМ на первой и второй призмах должны совпадать. На практике, для достижения этого условия, фиксируют положение опорных призм одного из роликов, а второй ролик передвигают по стержню, добиваясь совпадения периодов.

Пусть и - расстояния центра масс ОМ относительно первой и второй осей вращения, совпадающих с гранями опорных призм, а - момент инерции маятника относительно оси, совпадающей с центром масс. По теореме Штейнера, для моментов инерции маятника относительно первой и второй оси качания, запишем:

и (2)

где m- масса ОМ.

Из (2) нетрудно получить:

 (3)

Учитывая, что согласно :

и

вместо (3) запишем:

 (4)

Приведённая длина ФМ связана с его периодом соотношением . Следовательно (4) можно переписать в виде:

откуда следует рабочая:

(5)

где - расстояние между опорными призмами.

Упражнение 3

1) Зафиксировали ролики на стержне несимметрично, так чтобы один из них находился вблизи конца стержня, а другой вблизи его середины. Одну из опорных призм поместили вблизи свободного конца стержня, а вторую - посередине расстояния между роликами.

2) Измерили время 10 колебаний на призме, и определили их период .

3) При том же соотношении призм и роликов определил период колебаний на другой призме.

4) Последовательно перемещая ролик на расстояние мм. в выбранном направлении измерили периоды колебаний и на первой и второй опорах. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу 1.

Таблица 1

t1,с

t2,с

T1

T2

x, см

1

10,321

11,691

1,032

1,169

38

2

10,323

11,702

1,032

1,170

3

10,318

11,693

1,031

1,169

4

10,324

11,715

1,032

1,171

5

10,323

11,703

1,032

1,175

ср.зн.

10,325

11,702

1,032

1,177

t1,с

t2,с

T1

T2

x, см

1

10,224

10,742

1,022

1,074

37

2

10,222

10,739

1,022

1,073

3

10,223

10,742

1,023

1,074

4

10,226

10,741

1,023

1,074

5

10,225

10,738

1,022

1,073

ср.зн.

10,222

10,740

1,022

1,074

t1,с

t2,с

T1

T2

x, см

1

10,114

10,091

1,011

1,009

36

2

10,112

10,081

1,011

1,008

3

10,116

10,101

1,012

1,010

4

10,113

10,095

1,011

1,009

5

10,112

10,085

1,011

1,009

ср.зн.

10,112

10,090

1,011

1,009

График зависимости T1(x) и T2(x).

 Т

  T2

 T1

0          x

5) По данным таблицы определили значение =0,5м.

6) Поместив ролик в положение , измерили время 20 полных колебаний на опорных призмах. Вычислили периоды. Результаты измерений и вычислений занесли в таблицу 2.

Таблица 2

t1

Δti

Δti2

SΔti2

Δtсл

Δtпр

tср±Δt

1

21,357

-0,037

0,00135

0,10607

0,296992

0,001

21,394±0,297

2

21,782

0,387

0,14915

3

21,236

-0,158

0,02491

4

21,173

-0,220

0,04875

5

21,423

0,029

0,00085

ср.зн.

21,394

0,22501

2,8

Δt=0,2969

t2

Δti

Δti2

SΔti2

Δtсл

Δtпр

Tср±Δt

1

21,305

-0,007

0,000049

0,00723

0,020249

0,001

21,312±0,0203

2

21,302

-0,011

0,000101

3

21,338

0,026

0,000676

4

21,317

0,005

0,000025

5

21,298

-0,014

0,000196

ср.зн.

21,312

0,001046

2,8

Δt=0,0203

T1

ΔTi

ΔTi2

SΔTi2

ΔTсл

ΔTпр

Tср±ΔT

1

1,068

-0,00184

0,000003

0,00531

0,014849

0,001

1,0697±0,0149

2

1,089

0,01931

0,000373

3

1,062

-0,00789

0,000062

4

1,059

-0,01104

0,000122

5

1,071

0,00146

0,000002

ср.зн

1,0697

0,000563

2,8

ΔT=0,0149

T2

ΔTi

ΔTi2

SΔTi2

ΔTсл

ΔTпр

Tср±ΔT

1

1,065

-0,0003

0,00000012

0,00036

0,001012

0,001

1,0656±0,0014

2

1,065

-0,0005

0,00000025

3

1,067

0,0013

0,00000169

4

1,065

0,0002

0,00000006

5

1,064

-0,0007

0,00000049

ср.зн

1,0656

0,00000262

2,8

ΔT=0,0014

7) Измерили , которое равно расстоянию между призмами =0,33 м.

8) Для определения и (подвижной ролик имеет координату ), сняли маятник и поместили на острую грань, специальной подставки, добившись его равновесия. Расстояния от опорных призм и до грани дадут значения =0,2 м и =0,4 м.

  1.  Пользуясь измеренными величинами по формуле (5) определили g:

g===10,95

Вывод: выполнив лабораторную работу, научились определять ускорение свободного падения методом Бесселя.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

77212. Исследование работы с географическими данными в Oracle 10g 482.5 KB
  Спроектировать базу данных с учетом специфики хранимой информации; Перенести собранную обо всех электростанциях информацию в БД; Разработка интерфейса администратора для мониторинга и управления информационной системой.
77213. СОЗДАНИЕ СРЕДЫ РАЗРАБОТКИ ДЛЯ ЯЗЫКА ПРОГРАММИРОВАНИЯ OCAML 96 KB
  OCaml в настоящее время является активно развивающимся языком программирования. Секрет его успеха, возможно, заключается в том, что этот язык интуитивно понятен и прост для изучения даже неопытным программистом.
77214. Cоздание дискретизирующего фильтра для обработки электроокулограмм. Обеспечение работы и настройки фильтра в режиме реального времени 512 KB
  Причиной этих бросков служит тот факт, что глазное яблоко представляет собой электрический диполь (сетчатка заряжена отрицательно относительно роговицы), поэтому при поворотах глазного яблока в районе глаз регистрируется изменение разности потенциалов.
77215. Язык для описания плагинов в среде программирования JetBrains MPS 347.5 KB
  С каждым годом приложения становятся более объемными и сложными. В связи с этим, требуются все более изощренные подходы к программированию для создания новых программ. Попробуем проследить, как развивались средства программирования, чтобы удовлетворять нуждам программистов по написанию сложных проектов.
77216. Применение нейронных сетей к ранжированию результатов информационного поиска 282 KB
  Существует ряд алгоритмов машинного обучения, которые позволяют определять ранг документов. Например, RankProp, PRank и RankBoost. Данные адаптивные алгоритмы тренируются на обучающей выборке документов, чтобы выявить зависимости положения документа от его признаков.
77217. Распознавание автомобильных номеров с помощью нейронных сетей 230 KB
  В современных условиях, когда прослеживается явная тенденция к автоматизации большинства процессов, которые раньше предполагали безоговорочное участие человека, идея автоматической идентификации автомобиля по номерной пластине с целью дальнейшего использования...
77218. Создание физически-корректного дождя и сопутствующих эффектов 5.78 MB
  Целью курсовой работы была разработка и реализация дешевых, с точки зрения вычислений, но мощных алгоритмов визуализации как непосредственно самого дождя, так и различных эффектов его сопровождающих.
77219. Расширение функциональности графического редактора языка DRL 474.5 KB
  Сейчас большинство организаций разрабатывают семейства продуктов, и только немногие системы или продукты остаются уникальными. Похожая ситуация и в программной инженерии - рынок требует всё большего качества программных продуктов, уменьшения времени выхода на рынок и уменьшения их цены.
77220. Поиск оптимального ректификационного преобразования 673.5 KB
  В задаче восстановления трёхмерных сцен по двум изображениям, взятых с различных точек одним из главных этапов является поиск соответствующих точек на этих изображениях. Поиск производится вдоль эпиполярных прямых, и удобным для вычислений является случай...