Лабораторна робота №5 перевірка законів коливань маятника і визначення прискорення сили тяжіння

1. МЕТА РОБОТИ

1. Вивчити залежність періоду коливань маятника від його довжини.

2. Визначити прискорення сили тяжіння.

2. О БЛАДНАННЯ

1. Математичний маятник (невеличка важка металева кулька, міцні нитки, що не розтягуються).

2. Лінійка.

3. Штатив із муфтою та лапкою.

4. Секундомір.

3. ЗАВДАННЯ

1. Спостерігати вільні коливання маятника, визначити амплітуду, період, частоту, тривалість; з’ясувати, чи залежить період коливань від амплітуди.

2. Визначити прискорення вільного падіння за формулою (5.5).

3. Розв’язати задачі, що наведено у контрольних питаннях.

4. ВКАЗІВКИ НА ТЕОРЕТИЧНИЙ МАТЕРІАЛ

1. Коливальний рух [Л1; №24.1 – 24.4]

2. Математичний маятник [Л1; №24.8 – 24.9]

5. ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ

Механічним коливанням точки називають періодично повторюваний рух матеріальної точки по якій не будь траєкторії, яку ця точка проходить по черзі в протилежних напрямках.

Умови виникнення коливань:

• наявність у матеріальної точки надлишкової енергії (кінетичної або потенціальної) порівняно з її енергією в положенні стійкої рівноваги;

• дія на матеріальну точку повертальної сили;

• надлишкова енергія, набута матеріальною точкою внаслідок зміщення з положення стійкої рівноваги, не повинна повністю витрачатися на подолання опору під час повертання в це положення.

Параметрами коливального руху є: період, частота, амплітуда коливань.

Період коливань Т – час одного повного коливання: (5.1)

Частота коливань - кількість повних коливань за одиницю часу. ; (5.2)

Амплітудою А називають величину максимального відхилення коливної точки від положення стійкої рівноваги.

Математичним маятником називають матеріальну точку, підвішену на невагомий і нерозтяжній нитці. Маленька важка кулька, наприклад свинцева, підвішена на тонкій, довгій нерозтяжній нитці, є доброю моделлю математичного маятника.

Закони коливання математичного маятника:

• При малих кутах розмаху період коливання математичного маятника не залежить ні від амплітуди, ні від маси маятника.

• Період коливання математичного маятника прямо пропорційний кореню квадратному з довжини маятника і обернено пропорційними кореню квадратному з прискорення вільного падіння g: (5.3)

Якщо визначати періоди коливань двох маятників з різними довжинами, то згідно формули (5.3) можемо знайти: ; (5.4) звідки (5.5)

Таким чином, щоб визначити прискорення сили тяжіння, достатньо знати періоди коливань і різницю довжин двох математичних маятників.

6. Хід роботи

1. Відхиливши маятник на відстань 2-3 см від положення рівноваги і відпустивши, виміряйте час, за який маятник виконає 10-20 коливань; визначте період і частоту коливань.

2. Повторіть дослід, збільшивши амплітуду коливань до 5-6 см.

3. Результати вимірювань та обчислень занесіть до таблиці.

4. Змінити довжину маятника. Визначити період коливань маятника у цьому випадку.

5. Розрахувати прискорення сили тяжіння за формулою (5.5)

6. Дослід повторити.

7. Результати занести до таблиці.

8. Зробіть висновок, у якому зазначте: які величини ви навчилися вимірювати; які чинники вплинули на точність одержаних результатів; як період і частота коливань маятника залежать від амплітуди коливань.

Таблиця

Номер досліду	Довжина нитки l, м	Амплітуда коливань А, м	Число коливань N	Час коливань t, c	Період коливань T, c	Частота коливань , Гц	Прискорення вільного падіння g,м/c^2
1
2

7. КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

   1. Що називається математичним маятником?

   2. Якою формулою визначається період коливань математичного маятника? Пружинного маятника?

   3. Дати означення наступних понять: період, частота коливання.

   4. Навести приклади коливального руху в природі та техніці;

8. ЗВІТ ПОВИНЕН МІСТИТИ

   1. Номер і тему лабораторної роботи.

   2. Мету лабораторної роботи.

   3. Результати вимірів і розрахунків.

   4. Висновок.

9. ЛІТЕРАТУРА

   1. Жданов Л.С., Жданов Г.Л. Фізика для середніх спеціальних навчальних закладів.

   2. «Сборник задач и вопросов по физике» под редакцией Гладковой Р.А.

10. ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ

Розв’язати задачі №19.26, №19.29 [Л.2].