2494

Определение ускорения свободного падения посредством математического маятника

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: определить ускорение свободного падения в поле тяготения Земли методом математического маятника.

Русский

2012-10-09

97 KB

51 чел.

Лабораторная работа.

Определение ускорения свободного падения посредством математического маятника.

Цель работы: определить ускорение свободного падения в поле тяготения Земли методом математического маятника.

Приборы и принадлежности: 1.Прибор FPM-07

2.Линейка с миллиметровыми делениями.

I. ТЕОРИЯ

1. Описание установки.

Универсальный маятник FPM-07 предназначен для исследования законов, по которым происходит колебательное движение математического маятника и определения значения земного ускорения. Принцип работы прибора основан на физических законах, определяющих колебания математического маятника, применимых при отклонениях маятника от положения равновесия (не более 6 – 7 градусов).

А) Устройство установки.

Общий вид математического маятника представлен на рисунке 1.

Основание (1) оснащено регулируемыми ножками(2), которые позволяют произвести выравнивание прибора. В основании закреплена колонка (3), на кото-рой зафиксирован верхний верхний кронштейн (4) и нижний кронштейн (5) с фотоэлектрическим датчиком (6).

Нижний кронштейн вместе с фотодатчиком фиксируется так, чтобы стержень, прикрепленный к шарику, перекрывал линию луча. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в произвольно избранном положении. Фотоэлектрический датчик соединен разъемом с привинченным к основанию универсальным миллисекундомером FPM-14 (8).

Вид лицевой панели миллисекундомера FPM-14 показан на рис.2.

На лицевой панели универсального миллисекундомера находятся следую-щие манипуляционные элементы:

/СЕТЬ/ - включатель сети. Нажатие этой клавиши включает питающее напряже-ние. Визуально это объявляется свечением цифровых индикаторов (высвечиваю-щих.цифры "нуль") и свечением лампочки фотоэлектрического датчика.

/СБРОС/ - установка нуля измерителя. Нажатие этой клавиши вызывает сброс схем миллисекундомера и генерирование сигнала разрешения на измерение.

/СТОП/- окончание измерения. Нажатие клавиши вызывает генерирование сигнала разрешения на окончание процесса подсчета.

Б) Диапазоны измерения и погрешности измерения : 

-максимальное количество измеряемых колебаний маятника ...... 99

-диапазон измеряемого времени 1-99999мс

-рабочая погрешность измерения времени, не больше ....... 0,02%

Питание прибора от переменного напряжения ....

2. Теория метода

Период колебаний математического маятника находится по формуле:

,   (1)

где L – расстояние от точки подвеса до центра тяжести системы шарик-нить,

g – ускорение свободного падения в данной точке на поверхности Земли.

=3,14.

Из формулы (1) можно определить g.  

 (2).

Таким образом, для определения ускорения свободного падения по формуле (2) достаточно знать L и g.

а) Измерение длины маятника.

Если учесть, что масса нити очень мала в сравнении с массой шарика, то центр тяжести системы шарик-нить находится в геометрическом центре шарика, то есть

  ,  (3)

где Z – длина нити подвеса (расстояние от точки подвеса до верхнего края шарика) ;

r – радиус шарика, r = d/2 , где d – диаметр шарика, определяемый при помощи штангенциркуля.

Т.к. измеряется период времени 50 колебаний, то период колебаний Т находится по формуле: .

Все измерения проделать не менее трех раз и результаты измерений занести в таблицу.

!!! Не забывайте, что результаты косвенных измерений мы рассчитываем по формулам, используя средние значения, полученных прямых измерений, и заносим в таблицу только один раз.

Погрешности косвенных измерений рассчитываются по формулам, которые предлагается вывести самостоятельно.

Z,

м

Z

r

rм

L,

м

t,

с

t,

c

T,

c

T,

c

g,

м/с2

g,

м/с2

(g/g)100%

1

2

3

Cp

3. Методика выполнения работы

1. Проверить вертикальность установки колонки.

2. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком установить в нижней части колонки, обращая внимание на то, чтобы верхняя часть кронштейна показывала на шкале длину не меньше 50 см.

3. Зафиксировать фотоэлектрический датчик в избранном положении.

4. Включить сетевой шнур установки в питающую сеть.

5. Нажать переключатель СЕТЬ, проверяя, все ли индикаторы измерителя показывают цифру "нуль" и горит ли лампочка фотоэлектрического датчика.

6. Привести математический маятник в движение, отклоняя его на 6-7 градусов от положения покоя.

7. Нажать клавишу СБРОС

8. После подсчёта измерителем 49 колебаний нажать клавишу - СТОП, записать показания миллисекундомера и счетчика периодов.

Контрольные вопросы:

1.Какие колебания совершает математический маятник?

  1.  Почему угол отклонения подвеса должен быть не больше 6-7 градусов?

3.В каких точках земной поверхности ускорение свободного падения g максимально, в каких минимально?

4.Чему равно ускорение свободного падения в центре Земли?

  1.  Распишите силы, действующие на математический маятник, и выведите формулу (1).
  2.  При каких условиях справедлива формула (1)?

 Рекомендуемая литература

1. Е.М. Гершензон и др. Курс общей физики. –М.: Просвещение, 1981.

:2. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. М., Просвещение, 1978, с. 82-93.

3. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. 1975. гл.4, § 3-6.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19692. Творческий путь А. А. Фета. Своеобразие поэзии и литературной позиции 27.5 KB
  Творческий путь А. А. Фета. Своеобразие поэзии и литературной позиции. А. А. Фет 1820 1892. Первый сборник стихотворений Лирический Пантеон вышел в Москве в 1840 г.. В сборнике преобладали баллады и антологические стихотворения т.е. стилизации под античную поэзию; в воспеван...
19693. Драматургия А. Н. Островского: поэтика, эволюция 28.5 KB
  Драматургия А. Н. Островского: поэтика эволюция. Островский 1823 1886 пришел в литературу как создатель национальносамобытного театрального стиля опирающегося в поэтике на фольклорную традицию. Это оказалось возможно потому что он начинал с изображения патриархальных...
19694. Творческий путь Салтыкова-Щедрина 27.5 KB
  Творческий путь СалтыковаЩедрина. СалтыковЩедрин 1826 1889 родился в семье богатых помещиков. С детских лет он стал свидетелем страшных картин крепостнического произвола что оказало определяющее влияние на формирование его взглядов. В 1841 г. опубликована первое стихо...
19695. Салтыков как сатирик 30 KB
  Салтыков как сатирик. Сказки написаны с 1869 по 1886 г. Выбрал жанр сказки не случайно. В качестве причин его интереса можно назвать: условия цензуры; воздействие на писателя фольклорной и литературной традиции; появление нового читателя представляющего демо
19696. Историческая концепция в «Истории одного города» 39.5 KB
  Историческая концепция в Истории одного города Если историческая концепция и существует то это очень странная концепция. Одной фразой ее можно выразить так: история могла бы существовать но ее не возникло. То что происходило на протяжении огромного количества вре...
19697. Историческая концепция в «Истории одного города» вповести М.Е. Салтыкова-Щедрина 32 KB
  Историческая концепция в Истории одного города. Повесть М. Е. СалтыковаЩедрина €œИстория одного города€ представляет собой цикл рассказов не связанных между собой сюжетом или одними и теми же героями но объединенных в одно произведение ввиду общей цели сатиричес...
19698. Творческий путь Лескова 30 KB
  Творческий путь Лескова. Н. С. Лесков 18311895 известен прежде всего как прозаик автор множества романов повестей рассказов. Однако свой творческий путь он начал с публицистики. Будучи выходцем из семьи небогатого орловского чиновника Лесков рано поступил на службу в Ор...
19699. Своеобразие поэтики Лескова 43.5 KB
  Своеобразие поэтики Лескова Что касается собственного творчества писатель шел против течений. Он любит жанры новеллы и анекдота в основе которых новость неожиданность т.е. то что вступает в противоречие с привычным взглядом на вещи. Лесков стремился не
19700. Творческий путь Достоевского. Поэтика романов 33.5 KB
  Творческий путь Достоевского. Поэтика романов. Достоевский учился в Инженерном училище. Там Достоевский начал писать трагедии от которых сохранились только названия: Борис Годунов и Мария Стюарт. Настоящий дебют в литературе повесть в письмах иногда называет