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

42226. ОСНОВНІ ВИМОГИ З ТЕХНІКИ БЕЗПЕКИ 113.5 KB
  Багаторазове вмикання та вимикання приладів призводить до їх псування. Треба вимикати живлення приладів лише після закінчення всіх вимірів. Вивчити принцип роботи порядок вмикання настроювання та проведення вимірів для таких приладів: а генератори низьких Г333 або Г334 та високих...
42227. Операції булевої алгебри 239 KB
  Відповідно до варіанту з таблиці 1 та отриманим теоретичним знанням з операцій булевої алгебри виконати розрахунково-графічну роботу. Звіт про виконання лабораторної роботи написати від руки на аркушах зошита в клітинку.
42228. Моделирование системы массового обслуживания в среде Simulink 27.5 KB
  Источник генерирует последовательность однородных заявок отличающихся моментами времени появления. Интервалы времени между моментами появления заявок являются случайными величинами с известным законом распределения параметры которого остаются постоянными в течение моделируемого интервала времени . Если прибор свободен поступающая в систему заявка берется на обслуживание и генерируется случайный интервал времени соответствующий длительности ее обслуживания если же прибор занят заявка теряется.
42231. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ФОРМЫ ПОЛИРОВАННЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ 945 KB
  Если контролируемую поверхность детали совместить с измерительной поверхностью эталона то при несоответствии их формы образуется воздушный промежуток который можно рассматривать как пластинку толщиной h с показателем преломления n=1. Число колец любого но одного цвета характеризует разность стрелок прогиба поверхности детали и эталона. Форма интерференционных колец в сечении параллельном их направлению воспроизводит профиль воздушного зазора между поверхностями детали и эталона. Если кривизна поверхности детали меняется плавно кольца...
42232. ИССЛЕДОВАНИЕ НАГРЕВА КАТУШЕК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 44 KB
  Предмет исследования В лабораторной работе исследуются четыре катушки N1. На передней панели стенда расположены исследуемые катушки N1 N4. Каждая катушка включена в соответствующую схему выключателем а в цепи катушки N1 имеется амперметр P1 тип М381 класс точности 15 по которому контролируют значение протекающего через обмотку катушки тока. Катушки N1 и N2 подключаются выключателем SF2 к источнику постоянного напряжения 110 В а катушки N3 и N4 выключателем SF1 к источнику переменного напряжения 220 В.
42233. Методы проведения фотоэлектроколориметрии двухкомпонентных систем 2.19 MB
  Фотоколориметрия основана на измерении поглощения света окрашенными растворами. Отличается от колориметрии тем, что интенсивность поглощения света оценивается не глазом исследователя, а специальными приборами – фотоэлектроколориметрами.
42234. Побудова лінійної моделі з допомогою псевдообернених операторів 63.5 KB
  На виході системи спостерігається сигнал у вигляді вектора розмірності . Постановка задачі: Для послідовності вхідних сигналів та вихідних сигналів знайти оператор перетворення вхідного сигналу у вихідний. Систему 1 запишемо у матричній формі або 2 де матриця вхідних сигналів розмірності матриця вихідних сигналів розмірності . Варіанти вхідних на вихідних сигналів для яких потрібно побудувати лінійний оператор перетворення вхідного сигналу у вихідний: 1 Вхідний сигнал x1.