42434

ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА

Лабораторная работа

Физика

Рассмотрим простейшую колебательную систему: груз массой m, подвешенный на пружине. Если груз, прикрепленный на пружине, оттянуть вниз на некоторое расстояние, а затем отпустить, то он придет в колебательное движение. Возвращение груза в положение равновесия происходит под действием деформированной пружины, т.е. под действием упругой силы

Русский

2013-10-29

482.5 KB

17 чел.

PAGE  6

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа  ИСУТЭ АЭЛ-141            К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент        Касимова Р.Г                    Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель                         Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ № 4                 

ИЗУЧЕНИЕ СВОБОДНЫХ КОЛЕБАНИЙ

ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА.

  1.  Цель работы:

Определение коэффициента жесткости пружины по удлинению пружины и методом колебаний пружинного маятника.

              2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

          l0, l1- держатели;

Основные теоретические положения к данной работе (основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

 Колебаниями называются процессы, при которых какая-либо физическая величина принимает многократно, через равные (или почти равные) последовательные промежутки времени, одни и те же (или приблизительно одни и те же) значения, отклоняясь в ту или другую сторону от некоторого своего определенного положения.

Рассмотрим простейшую колебательную систему: груз массой m, подвешенный на пружине. Если груз, прикрепленный на пружине, оттянуть вниз на некоторое расстояние, а затем отпустить, то он придет в колебательное движение. Возвращение груза в положение равновесия происходит под действием деформированной пружины, т.е. под действием упругой силы.

По закону Гука, эта сила, действующая на груз, пропорциональна растяжению (или сжатию) пружины ( если деформации не слишком велики), а следовательно, пропорциональна расстоянию груза от положения равновесия в данный момент:

                                                                                                       (1)

Здесь расстояние от положения равновесия (величина отклонения груза), величина силы, действующей на груз со стороны пружины в данный момент времени .

Согласно второму закону Ньютона, движение под действием силы происходит ускоренно. Ускорение в любой момент времени определяется выражение

                                                                                                                         (2)                                        

где масса груза, ускорение.

Подставляя в закон Ньютона выражение для упругой силы (1) (мы не принимаем во внимание силу тяжести, действующую на груз, так как она уравновешивается силой упругости в состоянии равновесия) и заменяя ускорение второй производной пути по времени, получим:

                                        или                                         (3)                                       

Применяя сокращенные обозначения, найдем:

                                                   

Это уравнение называется уравнением движения.

Найдем такой закон движения, при котором ускорение в любой момент времени пропорционально отклонению по величине и противоположно по знаку. Такой функцией является функция, описывающая гармонические колебания

                                                                                      (4)

где  максимальное значение колеблющейся величины, называемое амплитудой колебаний;  круговая (циклическая) частота, связанная с периодом колебаний  соотношением  фаза колебаний в момент времени  начальная фаза колебаний в момент времени

 Согласно закону сохранения энергии для консервативной системы полная энергия

                                                                      (5)

В момент прохождения грузом положения равновесия (x=0) из формулы (5) следует, что полная энергия системы

.

Согласно уравнению (1), скорость гармонически колеблющегося груза

,

а максимальная скорость

. (6)

В крайних положениях груза (v=0, xA) энергия системы переходит полностью в потенциальную:

.

По закону сохранения энергии

 (7)

Подставляя выражение (6) в соотношение (7), получим

                              ,            .

Учитывая, что, получим выражение для периода колебаний T: 

 (8)

Таким образом, период не зависит от амплитуды колебаний и определяется только величинами m и k. Амплитуда и начальная фаза колебаний  определяются начальными условиями, при которых возникло движение.

Таблицы и графики:

Установка 1

Градуировка пружин.

Таблица №1

п/п

l0,см

m,кг

l1м

l2,см

lср,см

l,см

1

14,2

50

17

17,2

17,1

2,9

2

150

23

23

23

8,8

3

250

29

29

29

14,8

4

450

40,8

40,8

26,6

    Таблица №2

¹

п/п

Масса груза m, г

Время t, c

10

колебаний.

Период колебаний Т, с

Период по формуле (5)

1

150

6,68

0,668

0,60

0,644

0,014

350

9,57

0,957

0,91

0,964

0,016

2

150

6,44

0,644

-

-

-

-

-

-

350

9,62

0,962

3

150

6,44

0,644

-

-

-

-

-

-

350

9,52

0,952

4

150

6,44

0,644

-

-

-

-

-

-

350

9,67

0,967

5

150

6,41

0,641

-

-

-

-

-

-

350

9,53

0,953

6

150

6,35

0,635

-

-

-

-

-

-

350

9,93

0,993

Установка 2

Таблица №1

п/п

l0,см

m,кг

l1м

l2,см

lср,см

l,см

1

10,9

50

14,8

14,8

14,8

3,9

2

100

18,7

18,8

18,75

7,85

3

150

22,8

22,8

22,75

11,85

4

200

26,6

26,6

26,6

15,7

    Таблица №2

¹

п/п

Масса груза m, г

Время t, c

10

колебаний.

Период колебаний Т, с

Период по формуле (5)

1

250

9,98

0,998

0,88

0,945

0,94+/-0,03

0,03

350

10,95

1,095

1,047

0,964

0,04

2

250

9,58

0,958

-

-

-

-

-

-

350

11,13

1,113

3

250

9,42

0,942

-

-

-

-

-

-

350

10,87

1,087

4

250

9,32

0,932

-

-

-

-

-

-

350

10,74

1,074

5

250

9,23

0,923

-

-

-

-

-

-

350

10,86

1,086

6

250

9,18

0,918

-

-

-

-

-

-

350

10,9

1,09


Установка 3

Таблица №1

п/п

l0,см

m,кг

l1м

l2,см

lср,см

l,см

1

17,5

50

18

18

18

0,5

2

100

18,8

18,9

18,85

1,35

3

150

19,6

19,6

19,6

2,1

4

200

20,3

20,2

20,25

2.75

5

250

21

21

21

3,5

6

300

22,8

22,8

5,3

    Таблица №2

¹

п/п

Масса груза m, г

Время t, c

10

колебаний.

Период колебаний Т, с

Период по формуле (5)

1

300

4,25

0,425

0,41

0,449

0,449+/-0,013 

0,013

400

5,12

0,512

0,47

0,519

0,013

2

300

4,45

0,501

-

-

-

-

-

-

400

5,01

0,501

3

300

4,45

0,445

-

-

-

-

-

-

400

5,18

0,518

4

300

4,5

0,45

-

-

-

-

-

-

400

5,26

0,526

5

300

4,77

0,477

-

-

-

-

-

-

400

5,22

0,522

6

300

4,5

0,45

-

-

-

-

-

-

400

5,33

0,533

Расчетные формулы:

,          ,          .

k1=16,4 H

k2=12,8 H

k3=22 H

k4=23,7H

Расчеты для экземпляров установки:

1.  [с],                          [с],       

   [с]                              [с]

2.  [с],                                             [с],       

   [с]                                  [с]

3. [с],                                             [с],       

   [с]                              [с]

4.  [с],                                             [с],       

   [с]                                  [с]


EMBED Word.Picture.8  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

49997. Нечеткая логика. Создание простейшей системы нечеткой логики 67 KB
  Создание простейшей системы нечеткой логики реализованной на языке высокого уровня. Задание Согласно заданным вариантам разработать программу на любом алгоритмическом языке способную: Различать степени изменения лингвистической переменной в трех степенях...
49998. МИКРОПРОГРАММИРОВАНИЕ КОМАНД СМ ЭВМ 92 KB
  Цель работы: Знакомство с принципами микропрограммной эмуляции ЭВМ с программным управлением, микропрограммирование машинных команд СМ ЭВМ. Вариант индивидуального задания: № 5 Найти наибольший общий делитель двух чисел по алгоритму Евклида.
49999. Трёхступенчатая токовая защита линий с односторонним питанием 540 KB
  Представить совмещенные друг с другом и со структурной схемой системы следующие графики: зависимости максимального и минимального токов коротких замыканий от удалённости места КЗ; все токовые уставки; зависимости времени срабатывания защиты от удаленности КЗ уставки по времени. Оценить эффективность отсечек по зоне действия МТЗ по коэффициенту чувствительности рассчитанной защиты. Исходные данные к контрольной работе № вариантата Параметры энергосистемы Параметры линий электропередачи и нагрузок W1 H1 W2 H2 W3 H3 Ec B xc Ом...
50000. Измерение параметров электромагнитного контура 758.5 KB
  Теоретические основы лабораторной работы В технике колебательные процессы выполняют либо определенные функциональные обязанности колесо маятник колебательный контур генератор колебаний и т. Такие периодические изменения зарядов напряжений и токов в контуре носят название электромагнитных колебаний. В некоторый момент времени полная энергия колебаний: где U и i мгновенные значения разности потенциалов и тока. Полная энергия колебаний постепенно уменьшается так как электрическая энергия благодаря сопротивлению проводов R непрерывно...
50001. Визначення опору провідників за допомогою містка постійного струму 109 KB
  Одним з найпростіших і найточніших методів є метод визначення опору провідників за допомогою містка постійного струму Уітстона . Теорія містка постійного струму ґрунтується на правилах Кірхгофа 316а і 318 . Принципова схема містка Уітстона зображена на рис.
50002. Організація роботи дирекції «Ж» з метою удосконалення місцевої роботи 10.01 MB
  Проаналізувати графіки обробки поїздів з перереробкою та без переробки; визначити необхідну кількість бригад ПКО, ПТО для забезпечення роботи в парках приймання і відправлення; розробити графік обробки поїздів з використанням АРМ ПКО; розглянути метод можливого прогнозування простою місцевого вагона за допомогою теорії ймовірності;
50003. Аадминистративное право 508 KB
  Предлагаемый учебно-методический комплекс подготовлен для студентов очной формы обучения факультета непрерывного образования по подготовке специалистов для судебной системы в целях оказания им помощи при изучении обширного теоретического и нормативного материала, составляющего необходимый объем курса «Административное право».
50004. РАЗРАБОТКА ИНСТРУКЦИИ ПО ОХРАНЕ ТРУДА 58.5 KB
  Изучить Методические рекомендации по разработке государственных нормативных требований охраны труда. Составить инструкцию по охране труда при выполнении работ указанных преподавателем. Время выполнения работы 2 часа МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ по разработке государственных нормативных требований по охране труда извлечение Приложение к Постановлению Минтруда РФ №80 от 17 декабря 2002г.
50005. ИЗМЕРЕНИЕ ШУМА В ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ПОМЕЩЕНИИ 124.5 KB
  Изучить порядок работы измерителя шума и вибрации ИШВ1 и методику определения общего уровня шума. Оборудование: Стенд для исследования уровня шума. Измеритель шума и вибрации ИШВ1.