3841

Математический и физический маятник

Лабораторная работа

Физика

Цель: изучение зависимости периода колебаний от параметров маятников и измерение на этой основе величины ускорения свободного падения. Оборудования: секундомер, математический маятник (шарик на нити на штативе), физический маятник (кольцо и обруч на...

Русский

2012-11-08

42.5 KB

15 чел.

Цель: изучение зависимости периода колебаний от параметров маятников и измерение на этой основе величины ускорения свободного падения.

Оборудования: секундомер, математический маятник (шарик на нити на штативе), физический маятник (кольцо и обруч на штативе с опорной призмой).

Теоретическая часть:

Колебательными называются процессы, которые повторяются через определённые промежутки времени.

Гармоническими колебаниями называются процессы изменения какой-либо величины x во времени по закону синуса или косинуса:

,  (1)

где - амплитуда, - частота, - начальная фаза колебаний.

Продифференцировав (1) дважды по времени, получим:

; .  (2)

Таким образом уравнение (2) описывает гармонические колебания величины x и называются уравнением гармонического осциллятора.

Любое тело подвешенное в поле тяжести так (см. Рис), что точка О не совпадает с точкой С, называется маятником. Пусть отклонение маятника от положения равновесия характеризуется углом . При отклонении маятника от положения равновесия возникает вращающий момент, стремящийся вернуть маятник в положение равновесия и равный по величине .

Но направление вращательного момента M и угла противоположны, поэтому:

.  (3)

Уравнение динамики вращательного движения для маятника:

,   (4)

где J - момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку подвеса;  - угловое ускорение маятника, равное .

Из уравнений (3) и (4) имеем:

или .  (5)

При малых углах  и уравнение (5) будет иметь вид:

.  (6)

Сравнивая (6) и (2), устанавливаем, что  изменяется по гармоническому закону с частотой:

,   (7)

а период колебаний маятника

.  (8)

Если вся масса маятника сосредоточена в одной точке (например, шарик, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити), то такой маятник называют математическим. В других случаях маятник называют физическим.

 Для математического маятника , поэтому его период равен:

.  (9)

Также Т можно найти как

.   (10)

Из (9) и (10) находим ускорение свободного падения:

.   (11)

Для физического маятника в виде кольца.

Момент инерции маятника относительно т.А по теореме Штейнера находим так:

.  (12)

Здесь момент инерции  относительно оси, проходящей через т.О, равен разности моментов инерции сплошного диска радиуса R за вычетом момента инерции вырезанной части - диска радиуса r:

.  (13)

Если масса единицы поверхности , а масса кольца , то .

Тогда окончательно:

или . (14)

Подставив в формулу (8), получим:

и, окончательно, переходя к диаметрам:

.  (15)

Схема установки: 

Таблица результатов:

Математический маятник

№ опыта

n

t

l

T

1

75

107

0,5

1,43

9,65

-0,28

2

75

114

0,6

1,52

10,25

0,32

3

75

125

0,7

1,67

9,91

-0,02

среднее значение

9,93

0,21

Физический маятник

№ опыта

d

D

t

n

T

1

0,156

0,27

38,4

40

0,960

10,01

2

0,156

0,27

39,0

40

0,975

9,71

3

0,156

0,27

38,7

40

0,968

9,84

среднее значение

0,967

9,85

Расчёт:

 Для математического маятника:

.

.

Для физического маятника:

.

Вывод: Изучил зависимость периода колебаний от параметров маятников и измерил на этой основе величины ускорения свободного падения и получил: для математического маятника - ;

для физического маятника - .


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

42494. Методи поелементного приймання цифрових сигналів 417 KB
  Львів 2011 Хід роботи 1. УВАГА Зберігання виконаної роботи проводити виключно командою Sve ll 3. Для виконання лабораторної роботи скопіювати фрагмент коду позначений коментарем 7лабораторна робота: Оптимальне приймання цифрових сигналів в кінець програми після директиви endif. Вибрати пункт 7 та проаналізувати варіант виконання лабораторної роботи пороговий приймач.
42495. Исследование электростатических полей с помощью электролитической ванны 61.5 KB
  При конструировании электронных ламп конденсаторов электронных линз и других приборов часто требуется знать распределение электрического поля в пространстве заключённом между электродами сложной формы. Аналитический расчёт поля удаётся только для самых простых конфигураций электродов и в общем случае невыполним. Поэтому сложные электростатические поля исследуются экспериментально. Точки поля имеющие одинаковый потенциал образуют поверхности равного потенциала эквипотенциальные поверхности.
42496. Конфігурування бездротового маршрутизатора LinksysWRT54GL 229.5 KB
  Конфігурування бездротового маршрутизатора LinksysWRT54GLâ€. Мета: Навчитися налаштовувати бездротові маршрутизатори на основі моделі LinksysWRT54GL задавати ім’я бездротовій мережі SSID налаштовування вбудованого сервера DHCP конфігурування інтерфейсів WN LN Wireless налаштування шифрування WEP. Виконання лабораторної роботи Виконализєднання з маршрутизатом увійшли до інтерфейсу конфігурування.
42498. Дослідження кепстру сигналів 528.5 KB
  Зберігання виконаної роботи проводити виключно командою Sve ll 3. Для виконання лабораторної роботи скопіювати фрагмент коду позначений коментарем 8лабораторна робота: Кепстр сигналів в кінець програми після директиви endif. Вибрати пункт 8 та проаналізувати варіант виконання лабораторної роботи.
42499. Проектування волоконно-оптичної системи передачі інфопмації 256 KB
  Львів 2010 Мета роботи : Ознайомитися з послідовністю проектування ВОСП методикою інженерного розрахунку волоконно оптичних систем зв`язку а також отримати певні навики практичного розрахунку системи для заданих параметрів. Визначення потрібної швидкості передачі топології системи. Енергетична характеристика системи.
42500. Налаштування однорангової мережі у середовищі ОС Windows 98 29 KB
  Для перевірки заходимо в Сетевое окружение та дивимося чи з’явився в мережі данний ПК. Висновок: В цій роботі я навчився налаштовувати комп’ютер та встановлювати параметри для коректної роботи однорангової мережі у середовищі ОС Windows 98 міністерство науки і освіти України промисловоекономічний коледж НАУ Лабораторна робота № 8 З дисципліни: периферійні пристрої ЕОМ Тема роботи: налаштування однорангової мережі у середовищі ОС Windows 98 Виконав:...
42501. Измерение ЭДС источника методом компенсации 69 KB
  Краткие теоретические сведения ЭДС гальванического элемента не зависит от размеров электродов и количества электролита а определяется лишь их химическим составом и при данных условиях постоянна. Каждый тип элементов даёт определённую ЭДС.1 где  − ЭДС; I − сила тока; R − сопротивление внешней цепи; r − внутреннее сопротивление элемента.
42502. Определение ЭДС источника с помощью известного сопротивления 60 KB
  Оборудование: аккумуляторная батарея ЭДС которой определяется миллиамперметр магазин сопротивлений ключ. Это достигается с помощью ЭДС источника. При разомкнутой цепи разность потенциалов между полюсами источника равна ЭДС.