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

19 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

32101. ИСТОРИЯ ЗАПОВЕДНОГО ДЕЛА В СССР И РОССИИ 17.91 KB
  Уже тогда были научно определены место заповедников в системе рационального природопользования и их основные задачи т. дана основа для создания сети заповедников в стране режимов их использования и охраны.Петербург 1883 обосновал эталонное значение заповедников а также указал на то что объективное познание почв и закономерностей их развития возможно только на участках исключенных из хозяйственного использования. Основным предназначением заповедников называлось использование их в научноисследовательских целях.
32102. Туристский продукт 114.5 KB
  Продуктами являются физические объекты услуги идеи и т. набор услуг продаваемый туристам в одном пакете. Если спросить поставщиков что они производят перевозчики назовут транспортные услуги отели услуги по размещению тематические парки услуги развлечения и т. Для каждого из них продукт есть конкретный вид предоставляемых услуг.
32103. Объекты и схемы стандартизации в сфере услуг. Применение сертификации 28.5 KB
  Применение сертификации. Схема сертификации это состав и последовательность действий третьей стороны при оценке соответствия продукции услуг систем качества и персонала. Как правило система сертификации предусматривает несколько схем. Схемы сертификации продукции применяемые в РФ приведены в приложении 5.
32104. Государственный контроль и надзор за соблюдением обяза 32.5 KB
  Проводят госнадзор должностные лица Госстандарта и подведомственных ему центров стандартизации и метрологии получивших статус территориальных органов госнадзора государственные инспекторы. Акт должен быть направлен руководству проверенной организации в РостестМосква который готовит обобщенную информацию о результатах работы госнадзора а если возникла необходимость применения мер воздействия в Госстандарт России где в соответствии с Законом О стандартизации и другими действующими законодательными положениями определяются конкретные...
32107. Правовые основы стандартизации и сертификации в Рф. Характеристика ФЗ Техническом Регулировании, об обеспечении единства измерении,о защите прав потребителей, об основах туристской деятельности в РФ 31.5 KB
  Целями Федерального закона являются: 1 установление правовых основ обеспечения единства измерений в Российской Федерации; 2 защита прав и законных интересов граждан общества и государства от отрицательных последствий недостоверных результатов измерений; 3 обеспечение потребности граждан общества и государства в получении объективных достоверных и сопоставимых результатов измерений используемых в целях защиты жизни и здоровья граждан охраны окружающей среды животного и растительного мира обеспечения обороны и безопасности государства...
32108. Структура ряда динами. Проверка ряда на наличие тренда 97 KB
  Проверка ряда на наличие тренда. Всякий ряд динамики теоретически может быть представлен в виде составляющих: тренд основная тенденция развития динамического ряда к увеличению либо снижению его уровней; циклические периодические колебания в том числе сезонные; случайные колебания. Изучение тренда включает два основных этапа: ряд динамики проверяется на наличие тренда; производится выравнивание временного ряда и непосредственное выделение тренда.
32109. Понятие индекса 289.5 KB
  В экономическом анализе индексы используются не только для сопоставления уровней изучаемого явления но главным образом для определения экономической значимости причин объясняющих абсолютное различие сравниваемых уровней. Далее приведены два наиболее распространенных определения понятия экономический индекс: Индекс это показатель сравнения двух состояний одного и того же явления простого или сложного состоящего из соизмеримых или несоизмеримых величин. Индекс это относительная величина показывающая во сколько раз уровень...