ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / 14 / №14 / №14-нат2
.doc
Министерство
Образования Российской Федерации
Кафедра общей и технической физики СПГГИ (ТУ)
им. Г. В. Плеханова
Отсчёт
По лабораторной работе №14
определение ускорения свободного падения при помощи
универсального маятника.
Выполнил студент группы РМ-02-1 Абакшина Н. А.
Проверил преподаватель Пучков А. М.
Санкт-Петербург
2003
Цель работы - определить ускорение свободного падения при помощи универсального маятника.
1. Общие сведения
Наиболее точные измерения ускорения свободного падения выполняются с помощью косвенных методов. Многие из них основаны на использовании формул для периода колебаний математического и физического маятников.
Математическим маятником называется материальная точка, подвешенная на невесомой, нерастяжимой нити и совершающая колебание в вертикальной плоскости под действием силы тяжести. Достаточно хорошим приближением к математическому маятнику служит небольшой тяжелый шарик, подвешенный на длинной тонкой нити.
Период колебаний математического маятника
,
(1)
где l - длина маятника; g - ускорение свободного падения.
Ускорение g можно вычислить, измерив Т и l. Погрешность определения g в этом случае связана с тем, что реальный маятник, используемый в лабораторных условиях, может только с некоторым приближением рассматриваться как математический (чем больше l, тем точнее измерения).
Физическим маятником называется абсолютно твердое тело, совершающее колебания под действием силы тяжести вокруг горизонтальной оси, не проходящей через его центр тяжести.
Период колебаний физического маятника
,
(2)
где J - момент инерции маятника относительно оси качаний (точки подвеса); m - его масса; l - расстояние от центра тяжести до оси качаний.
Величину L = J/(ml) называют приведенной длиной физического маятника. Она равна длине такого математического маятника, период колебаний которого совпадает с периодом данного физического маятника.
Зная T, m, l и J можно по формуле (2) найти ускорение свободного падения g. Массу маятника и период его колебаний можно измерить с очень высокой точностью, но точно измерить момент инерции не удается. Указанного недостатка лишен метод оборотного маятника, который позволяет исключить момент инерции из расчетной формулы для g.
Метод оборотного маятника основан на том, что во всяком физическом маятнике можно найти такие две точки, что при последовательном подвешивании маятника за одну или другую, период колебаний его остается одним и тем же. Расстояние между этими точками представляет собой приведенную длину данного маятника.
.
где L- приведенная длинна оборотного маятника
2. Расчетные формулы.
-
Расчет периода колебаний T.
T= t/n где t – время колебания маятника, с.
n- количество колебаний за время t.
2. Расчет ускорения свободного падения g.
Для математического маятника:
,
тогда
g=4
l/T
где = 3,14
l – длина математического маятника, м
Т- период колебания математического маятника,с
Для оборотного маятника:
,
L=l1+l2
, тогда g=4
L/T
где = 3,14
L – приведенная длина оборотного маятника, м
Средняя квадратическая ошибка для g измеренного при помощи математического маятника:
где g j – результат одного вычисления,
-
средний результат, м/с2
Учитывая конечное
число измерений n
для доверительной вероятности = 0,68,
определяется по таблице коэффициентов
Стьюдента t(,
n) и 
= t(,
n)
.
Средняя квадратическая ошибка для g измеренного при помощи оборотного маятника:
где L – приведенная длина оборотного маятника, м
-
погрешность измерения длины, оцениваемая
по цене деления измерительной линейки.
.
3. Расчет ускорения свободного падения.
1. Метод математического маятника
|
№ опыта |
t, c |
l, м |
n |
T, c |
g,
м/с |
|
1 |
14,182 |
0,50 |
10 |
1,4182 |
9,8042 |
|
2 |
14,186 |
0,50 |
10 |
1,4186 |
9,7987 |
|
3 |
14,184 |
0,50 |
10 |
1,4184 |
9,8010 |
|
4 |
14,183 |
0,50 |
10 |
1,4183 |
9,8028 |
|
5 |
14,186 |
0,50 |
10 |
1,4186 |
9,7987 |
|
6 |
14,188 |
0,50 |
10 |
1,4188 |
9,7959 |
|
7 |
14,184 |
0,50 |
10 |
1,4184 |
9,8010 |
|
8 |
14,190 |
0,50 |
10 |
1,4190 |
9,7932 |
|
9 |
14,186 |
0,50 |
10 |
1,4186 |
9,7987 |
|
10 |
14,183 |
0,50 |
10 |
1,4183 |
9,8028 |
Примеры расчётов:
^g=1/10(9,8042+9,7987+9,8010+9,8028+9,7987+9,7959+9,8010+9,7932+9,7987+9,8028)=
=9,7997м/с
=
s
(т.к.
Р=0,68)
g=(9,79970,0004) м/c2
2 Метод оборотного маятника
|
№ опыта |
t, с |
L, м |
n |
T, c |
g,
м/с |
|
1 |
10,770 |
0,28 |
10 |
1,0770 |
9,5201 |
|
2 |
10,798 |
0,29 |
10 |
1,0798 |
9,8091 |
|
3 |
10,777 |
0,28 |
10 |
1,0777 |
9,5196 |
|
4 |
10,798 |
0,29 |
10 |
1,0798 |
9,8091 |
|
5 |
10,740 |
0,276 |
10 |
1,0740 |
9,4652 |
|
6 |
10,743 |
0,27 |
10 |
1,0743 |
9,2265 |
|
7 |
10,740 |
0,276 |
10 |
1,0740 |
9,4652 |
|
8 |
10,742 |
0,27 |
10 |
1,0742 |
9,2282 |
|
9 |
10,743 |
0,27 |
10 |
1,0743 |
9,2265 |
|
10 |
10,742 |
0,27 |
10 |
1,0742 |
9,2282 |
;
Примеры расчётов:
^g=1/10(9,5201+9,8091+9,5196+9,8091+9,4652+9,2265+9,4652+9,2282+9,2265+9,2282)=
=9,5486
м/с
L=0,27 м
T=1,0742 c
s
(т.к.
=0,68)
g=(9,5486 0,036) м/c2