- •Филимонова л.В., Боброва т.М.
- •Основные теоретические сведения
- •Краткая теория вопроса и метода.
- •Краткая теория вопроса.
- •Описание метода гидростатического взвешивания.
- •Краткая теория вопроса.
- •Описание метода Стокса.
- •Краткая теория вопроса и метода измерения.
- •Краткая характеристика методов.
- •Описание экспериментальной установки.
- •Краткая теория волн.
- •Скорость звука как волны.
- •Описание метода.
- •Часть 2
- •Краткое знакомство и машиной Атвуда.
- •Вопросы к отчету.
- •Краткая теория вопроса.
- •Описание метода и установки
- •Вопросы к отчету.
- •Краткая теория вопроса.
- •Описание прибора и метода
- •Вопросы к отчету.
- •Описание прибора и теория метода.
- •Вопросы к отчету:
- •Краткая теория вопроса.
- •Описание установки
- •Краткая теория вопроса.
- •Описание установки и метода
- •Вопросы к отчету.
- •Алгоритм обработки результатов многократных измерений.
- •Обобщенный план экспериментальной деятельности студента:
- •Содержание:
- •399770 Г.Елец, ул. Комунаров, 28.
Краткая теория вопроса.
Важным видом движения является движение колебательное, т.е. периодическое или повторяющееся. Простейшим периодическим изменением служат гармонические колебания.
Опр.1 Гармоническим колебанием физической величины х называется процесс изменения ее во времени t no закону (1), где А – амплитуда колебания (максимальное значение величиных), Т — период колебания. Величина носит название фазы, - начальная фаза.
График такого колебания представлен на рис. 1.
Из определения гармонического колебания следует, что период колебания является наименьшим промежутком времени, по истечении которого движение в точности повторяется. Действительно,
За время t=T совершается одно полное колебание. Амплитуда колебания А равна максимальному значению х. Величина соответствует фазе в начальный момент времени (t=0) и называется начальной фазой.
Величина (2) называетсякруговой (циклической) частотой. Если начальная фаза равна , то уравнение гармонического колебания записывается в виде: (1’).
Опр. 2 Математическим маятником называется колебательная система, состоящая из материальной точки, прикрепленной к концу идеально гибкой, нерастяжимой и невесомой нити, второй конец которой закреплен неподвижно.
Близким к математическому маятнику является тяжелый шарик, подвешенный на длинной тонкой нити (рис.2).
Рассмотрим основы динамики колебательного движения.
Сила, пропорциональная смещению тела и направленная к положения равновесия, возникает при растяжении (или сжатии) упругой пружины. Поэтому сила, описываемая выражением (3) (закон Гука), называетсяупругой силой.
Опр.2 Сила иного происхождения, обнаруживающая такую же закономерность (3), т.е. пропорциональная отклонению от положения равновесия и при любом положении тела направленная к положения равновесия (возвращающая сила), независимо от ее природы называется квазиупругой.
Система, в которой действует квазиупругая сила с коэффициентомk, обладает потенциальной энергией: (4).
Уравнение движения тела с массой m под действием квазиупругой силы имеет вид: (5).
Его решением будет (1’) при условии (6).
Таким образом, частота гармонического колебания зависит только от свойств системы (упругости и массы), но не от амплитуды. Амплитуда колебаний определяется не свойствами самой системы, а начальными условиями – энергией, переданной системе в результате начального «толчка».
Рассмотрим колебательное движение математического маятника.
При отклонении от вертикали на угол система получает потенциальную энергию U=mgh.
Из рис. 3 по теореме Пифагора для прямоугольного треугольника имеем: . При малых углах отклонения величинаh2<<1 и ею можно пренебречь. Тогда получаем: (7).
Сравнивая (4) и (7) (8). Тогда:
(9) – не зависит от массы груза!
Возвращающей силой в случае математического маятника служит составляющая силы натяжения нити:
формула (8).
Следовательно, сила - квазиупругая сила с коэффициентом упругости.