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

19 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

22910. Теорема про розклад визначника за елементами рядка або стовпчика 67 KB
  Доповнюючим мінором елемента aij називається визначник Mij який одержуються викресленням з визначника Δ i го рядка та j го стовпчика. Ця теорема дозволяє звести обчислення визначника n го порядку до обчислення визначників порядку n1. Фіксуємо iй рядок визначника Δ та доведемо що всі добутки що складають доданок aijAij входять у визначник Δ причому з таким самим знаком як і у доданку aijAij.
22911. Визначник Вандермонда 32.5 KB
  Визначником Вандермонда n го порядку називається визначник. Доведення проведемо індукцією за порядком n визначника При n=2 Припустимо що твердження виконується для визначника Вандкрмонда Δn1 порядку n1 і знайдемо визначник Δn. Як відомо визначник не змінюється якщо від деякого рядка відняти інший рядок домножений на число. Тому у визначника Δn спочатку від останнього рядка віднімаємо рядок з номером n1 домножений на a1.
22912. Системи лінійних рівнянь 22 KB
  Система лінійних рівнянь називається сумісною якщо вона має принаймні один розв’язок. Система лінійних рівнянь називається несумісною якщо вона не має розв’язків. Сумісна система лінійних рівнянь називається визначеною якщо вона має єдиний розв’язок.
22913. ТЕОРЕМА КРАМЕРА 43.5 KB
  Αn1x1αn2x2αnnxn=βn Складемо визначник з коефіцієнтів при змінних α11 α12 α1n Δ= α21 α22 α2n αn1 αn2 αnn Визначник Δ називається головним визначником системи лінійних рівнянь 1. Якщо головний визначник Δ квадратної системи лінійних рівнянь 1 не дорівнює нулю то система має єдиний розв’язок який знаходиться за правилом: 2 Формули 2називаються формулами Крамера. Домножимо перше рівняння системи 1 на A11 друге рівняння – на А21 і продовжуючи так далі nе рівняння системи домножимо на Аn1. Отримаємо рівняння яке...
22914. Обчислення рангу матриці 20.5 KB
  Основними методами обчислення рангу матриці є методи оточення мінорів теоретичний і метод елементарних перетворень практичний. Методи оточення мінорів полягає в тому що в ненульовій матриці шукається базисний мінор. Тоді ранг матриці дорівнює порядку базисного мінору.
22915. Теорія систем лінійних рівнянь 24 KB
  Основною матрицею системи 1 називаються матриці порядку m x n. Ранг основної матриці системи A називається рангом самої системи рівнянь 1. Розміреною матрицею системи рівнянь 1 називається матриця порядку mxn1.
22916. Теорема Кронекера – Капелі (критерій сумісної системи лінійних рівнянь) 46 KB
  Припустимо що система сумісна і числа λ1λ2λn утворюють розв’язок системи. Вертикальний ранг основної матриці системи дорівнює рангу системи векторів a1a2an вертикальний ранг розширеної матриці співпадає з рангом системи векторів a1a2anb. Оскільки вектор b лінійно виражається через a1a2an за теоремою 2 про ранг ранги системи векторів a1a2an і a1a2anb співпадають.
22917. Розв’язки системи лінійних рівнянь 50 KB
  Оскільки система сумісна ранги матриці A і рівні і дорівнюють r. Система переписується таким чином: Всі розв’язки системи можна одержати таким чином. Одержується система лінійних рівнянь відносно базисних змінних x1x2xr.
22918. Еквівалентні системи лінійних рівнянь 29.5 KB
  Дві системи лінійних рівнянь з однаковим числом змінних називаються еквівалентними якщо множники їх розв’язків співпадають. Зокрема дві несумісні системи з однаковим числом змінних еквівалентні. Еквівалентними перетвореннями системи лінійних рівнянь називаються перетворення які зводять систему до еквівалентних систем.