2799

Определение частоты тока с помощью струны

Лабораторная работа

Физика

Определение частоты тока с помощью струны Цель работы. Осуществление механического резонанса, усвоение методики экспериментального определения частоты переменного тока. Краткое теоретическое обоснование: Натянутая струна совершает колебания, если...

Русский

2013-01-06

59.5 KB

20 чел.

Определение частоты тока с помощью струны

Цель работы.

Осуществление механического резонанса; усвоение методики экспериментального определения частоты переменного тока.

II.Краткое теоретическое обоснование:

Натянутая струна совершает колебания, если ее каким − либо образом вывести из состояния равновесия, а затем предоставить самой себе. Такие колебания называются свободными или собственными колебаниями. Если пренебречь сопротивлением воздушной среды, то колебания струны обусловлены действием только упругой силы и в этом приближении они являются гармоническими.

Очевидно, параметры колебательного движения струны будут зависеть от силы натяжения, геометрических размеров и природы материала струны. Например, для определения частоты можно получить формулу

ν = 1 / Ld • √ F / πρ

где ν - частота; F - сила натяжения струны; L,d,p - соответственно длина, диаметр сечения, плотность материала струны. Как видно из формулы, частота собственных колебаний струны зависит от силы натяжения, длины и диаметра поперечного сечения струны и плотности материала.

Собственные колебания с течением времени затухают. Но при наличии периодически действующей вынуждающей силы они переходят в вынужденные незатухающие колебания.

В этой работе вынужденные колебания струны получают, с помощью электромагнита. Электромагнит питается от городской сети переменным синусоидальным током и устанавливается под натянутой стальной струной, как показано на рисунке. Очевидно, частота вынуждающей силы в этом случае равна удвоенной частоте переменного тока. Это объясняется тем, что за один период переменного тока электромагнит два раза намагничивается и два раза размагничивается. Поэтому за один период переменного тока струна два раза притягивается к электромагниту и два раза отпускается.

Когда частота собственных колебаний струны равна удвоенной частоте переменного тока, амплитуда колебаний струны сильно возрастает. Это явление называется резонансом. Таким образом, плавным изменением длины струны можно создать условие для резонанса. Математически это условие выражается равенством ν = 2 • f, где f - частота переменного тока. Отсюда легко получить формулу для определения частоты переменного тока

f = ½ • Ld • √ P / πρ

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

Lср. = ∑ Li / n        f = ½ • Ld • √ P / πρ      

d = 0,0003 м, ρ = 7800 кг / м3

IV.Схема установки.

Установка, схема которой приведена на рисунке, смонтирована на оптической скамье. Она состоит из электромагнита Э, двух подвижных стоек К1 и К2, блока Б, груза Р и стальной струны. Струна одним концом защемлена к элементу скамьи, натягивается грузом Р через блок Б.

V.Измерительные приборы и принадлежности.

  1.  микрометр [мм]
  2.  линейка [мм].

VI.Результаты измерения.

Номер опыта

Нагрузка Р, H

Длина

Частота f, Гц

L1, м

L2, м

L3, м

L4, м

1

9,8

2

19,6

3

29,4

VII. Черновые записи и вычисления.

VIII. Основные выводы.

Осуществили механический резонанс и усвоение методики экспериментального определения частоты переменного тока


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

19530. Определение настроек регулятора методом расширенных частотных характеристик 1.15 MB
  Определение настроек регулятора методом расширенных частотных характеристик. При изучении условий устойчивости замкнутой системы по критерию Найквиста было отмечено что если разомкнутая система разомкнута и ее АФХ проходит через точку то замкнутая система будет...
19531. Определение настроек регулятора методом незатухающих колебаний 36.5 KB
  Определение настроек регулятора методом незатухающих колебаний. Суть метода заключается в нахождении критической настройками П регулятора при которой в замкнутой системе устанавливаются не затухающие колебания то есть система находится на границе устойчивости. На ...
19532. Цифровая обработка сигналов. Основные понятия 608.07 KB
  Лекция 1.Цифровая обработка сигналов. Основные понятия Введение В настоящее время методы цифровой обработки сигналов digital signal processing DSP находят все более широкое применение вытесняя постепенно методы основанные на аналоговой обработке. В данном курсе рассматрива...
19533. Преобразование Фурье и обобщенные функции 641.26 KB
  2 Лекция 2. Преобразование Фурье и обобщенные функции Вспомогательные утверждения Лемма. Справедлива формула 1 Доказательство. Хотя формула 1 хорошо известна мы приведем ее доказательство поскольку она является основой многих дальнейших выкл...
19534. Восстановление дискретного сигнала 146.5 KB
  Лекция 3 Восстановление дискретного сигнала Наша цель найти необходимые условия при которых сигнал может быть восстановлен по дискретной выборке Прежде всего отметим часто часто используемый факт: Преобразование Фурье от последовательности Пусть имеется сиг...
19535. Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) 487.85 KB
  2 Лекция 4. Дискретное преобразование Фурье ДПФ В данной лекции установим свойства дискретного преобразования Фурье аналогичные свойствам непрерывного преобразования. Как обычно преобразования типа почленного интегрирования ряда перестановки порядка с
19536. Цифровые фильтры. Основные понятия 489.7 KB
  2 Лекция 5. Цифровые фильтры. Основные понятия Цифровые фильтры являются частным случаем линейных инвариантных систем. Существенное ограничение связано с физической реализуемостью системы. Определение. Система называется физически реализуемой если сигн...
19537. Z-преобразование. Фильтры первого порядка 192.23 KB
  2 Лекция 6. Zпреобразование. Фильтры первого порядка Zпреобразование Иногда вместо преобразования Фурье используют Zпреобразование. Оно определяется формулой 1 В формуле 1 ряд является формальным если же он сходится то определяет аналитическую ф...
19538. Фильтры второго и высших порядков 452.79 KB
  1 Лекция 7. Фильтры второго и высших порядков Определение фильтра второго порядка Примером фильтра вторго порядка является фильтр . Рассматриваем только вещественный случай. Переходя к Z преобразованию получим: . Найдя корни многочлена в знаменателе пере