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

36656. Облік власного капіталу і розподілу прибутку в товариствах 68.5 KB
  Облік власного капіталу і розподілу прибутку в товариствах. План Суть та порядок створення товариства. Облік власного капіталу товариства. Порядок розподілу прибутку товариства його облік.
36657. ОХОРОНА ПРАВА НА ОБ’ЄКТИ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ 74.5 KB
  Основним способом охорони об’єктів інтелектуальної власності є видача автору або іншому суб’єкту права на об’єкт інтелектуальної власності охоронного документа: патенту чи свідоцтва.
36658. ОБЛІК КОРОТКОСТРОКОВИХ ЗОБОВ’ЯЗАНЬ 85 KB
  ОБЛІК КОРОТКОСТРОКОВИХ ЗОБОВЯЗАНЬ План Поняття оцінка та види короткострокових зобовязань пасивів. Облік заробітної плати і зобовязань по заробітній платі. Поняття оцінка та види короткострокових зобовязань пасивів підприємства. Зобовязання це заборгованість підприємства іншим підприємствам організаціям та особам яка виникає внаслідок здійснення фірмою різних угод.
36659. ПРОГНОЗУВАННЯ, ПЛАНУВАННЯ ТА ПРОГРАМУВАННЯ РОЗВИТКУ НАЦІОНАЛЬНОЇ ЕКОНОМІКИ 135.5 KB
  Прогнозування розвитку національної економіки 2. Макроекономічне планування розвитку національної економіки 3. Прогнозування розвитку національної економіки В умовах ринкової економіки прогнозування є важливою складовою цілісного механізму управління національною економікою.
36660. Україна у 60-80-ті роки ХХ століття 86.5 KB
  Після завершення Другої світової війни Радянський Союз постав перед проблемою відбудови значною мірою зруйнованої економіки. Особливо постраждала Україна
36661. Основна теорема алгебри 379 KB
  Будь-який многочлен, степінь якого n більше 0 має в комплексній області рівноn коренів, серед котрих можуть бути і рівні між собою. Якщо попарно різні корені многочлена степеняn, то попарно взаємно прості.
36662. Облік товарно-матеріальних запасів. Система обліку та методи оцінки товарно-матеріальних запасів 97 KB
  Товарно-матеріальними запасами вважаються: товари, які були куплені підприємством і зберігаються на складі для наступної реалізації: готова продукція, напівфабрикати та незавершене виробництво: різні матеріали, що зберігаються на складі і призначені для переробки в процесі виробництва або для забезпечення виробничого процесу.
36663. Організаційно-методичні принципи сертифікації в Україні 115 KB
  Прискоренню розвитку національної системи сертифікації сприяє активне міжнародне співробітництво України в галузі технічного регулювання, безпосередня участь у роботі міжнародних і регіональних організацій та їх технічних комітетів.
36664. Термореактивные полимеры и материалы на их основе 59.5 KB
  Термореактивные полимеры (смолы) применяются в качестве связующих веществ, в которые вводят обычно отвердители, наполнители, пластификаторы и другие модифицирующие добавки. Основными требованиями к связующим веществам являются: высокая клеящая способность (адгезия)