II. Оборотный маятник

Измерение ускорения свободного падения g с помощью оборотного маятника сводится к измерению периодов колебаний Т₁ и Т₂ соответственно на призмах С₁ и С₂ (рис. 3), их сравнительной оценке, последующего подбора такого положения призм, при котором достигается равенство периодов, измерению расстояния L = l₁ + l₂ между призмами (рис. 3.1) и вычислению ускорения свободного падения.

1. Поместить оборотный маятник (8) между нижним кронштейном (9) и датчиком (10), повернув верхний кронштейн на 180.

2. Зафиксировать диски на стержне так, чтобы один из них находился вблизи конца стержня, а другой вблизи его середины.

3. Закрепить маятник на верхнем кронштейне на призме, находящейся вблизи конца стержня (рис. 3), так чтобы другой конец стержня проходил через оптическую ось счётного устройства.

4. Отклонить маятник примерно на 5 от положения равновесия и придержать его рукой.

5. Привести маятник в движение, отпустив его.

6. Измерить время t десяти колебаний маятника.

7. Определить период колебаний оборотного маятника T₁ по формуле: T₁ = t/n.

8. Снять маятник и закрепить его на второй призме.

9. Измерить период Т₂, повторив пп.4-7.

10. Сравнить периоды Т₂ и T₁ (вместо периодов можно сравнивать времена). Если Т₂ > T₁, вторую призму переместить в направлении диска, находящегося в конце стержня. Если Т₂ < T₁, переместить призму в направлении середины стержня (положение дисков и первой призмы при этом не менять).

11. Измерить снова период Т₂.

12. Сравнить периоды T₁ и Т₂.

13. Положение второй призмы изменять до тех пор, пока значение периода Т₂ не станет равным значению периода T₁ с точностью до 0,5 %.

14.  Измерить расстояние между призмами по числу нарезок, которые нанесены через каждые 10 мм.

Обработка результатов измерений

1. Определить период колебаний математического маятника по формуле T = t/n.

2. Вычислить ускорение свободного падения для каждого измерения по формуле (3.2).

3. Вычислить среднее значение ускорения свободного падения.

4. Определить период колебаний оборотного маятника по формуле T = t/n.

5. Определить приведенную длину оборотного маятника L по измеренному расстоянию между призмами.

6. Вычислить ускорение свободного падения по формуле (3.8).

7. Вывести формулы максимальной абсолютной или среднеквадратической погрешности косвенных измерений (по указанию преподавателя), используя соответствующие зависимости для математического и оборотного маятника.

8. Окончательный результат записать в виде или.

Контрольные вопросы

1. Какое ускорение называют ускорением свободного падения?

2. Что такое математический маятник?

3. Что такое физический маятник?

4. Что называют периодом колебаний?

5. Что называют приведенной длиной оборотного маятника?

6. По какой формуле определяется период колебаний математического маятника?

7. По какой формуле определяется период колебаний оборотного маятника?

8. Почему с помощью маятников можно измерить ускорение свободного падения?

9. С чем связана погрешность определения g с помощью математического маятника?

С чем связана погрешность определения g с помощью оборотного маятника и, как ее устранить?

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет ”Горный”

Кафедра общей и технической физики.