- •Фгбоу впо "Орловский государственный институт экономики и торговли»
- •Содержание
- •Правила ТехникИ безопасности при выполнении лабораторных работ (частЬ II)
- •Рекомендации к подготовке и выполнению лабораторных работ (частЬ II)
- •Лабораторная работа№4 изучение законов колебательного движения
- •2. Краткая теория
- •3. Описание установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •5. Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 5 определение коэффициента внутреннего трения жидкостей
- •2. Краткая теория
- •3. Теория метода Стокса
- •4. Описание установки
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 6 определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости
- •2. Краткая теория
- •3. Описание установки
- •4. Порядок выполнения работы
- •5. Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа №7 определение отношения теплоёмкостей газа при постоянном давлении и постоянном объёме методом адиабатического расширения
- •2. Краткая теория.
- •3. Описание установки и метода измерения
- •4. Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
3. Описание установки
Вданной лабораторной работе законы колебательного движения будем изучать с помощью универсального маятника (прибор ФП1А).
Прибор ФП1А (рис. 4) включает в себя настенный кронштейн 1, на котором смонтирована подушка опорных призм 5 и узел 6 крепления нитей бифилярного подвеса математического маятника 7. На кронштейне 1 подвешен (на опорной призме 5) физический маятник, представляющий собой металлический стержень 3, на котором закреплены два тяжелых груза — чечевицы 2 и 8. Таким образом, универсальный маятник (прибор ФП1А) сочетает в себе два типа маятников: физический и математический. Конструкция прибора обеспечивает вращение обоих маятников около одной и той же оси, проходящей через опорную плоскость подушек 5.
В комплект прибора входит специальная подставка 9 с призмой для нахождения центра масс маятника.
4. Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение момента инерции физического маятника.
Приборы и принадлежности: физический маятник (прибор ФП1А), секундомер, металлическая линейка с ценой деления 1 мм, подставка с призмой для нахождения центра тяжести маятника.
При выполнении задания № 1 рекомендуется соблюдать указанную ниже последовательность выполнения работы.
1. Вывести и записать, используя выражение (15), расчётную формулу для определения момента инерции физического маятника.
2. Приготовить таблицу для записи исходных данных и результатов опыта (табл. 1).
Номер опыта |
m, кг |
∆m, кг |
L, м |
∆L, м |
N |
τ, с |
Т, с |
∆Т, с |
I, кг·м2 |
∆I, кг·м2 |
1 . . . n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Зафиксировать грузы (чечевицы) на стержне физического маятника по указанию преподавателя.
Определить и записать в табл. 1 массу т физического маятника (масса обычно указана на маятнике или сообщается преподавателем).
4. Положить маятник на ребро трёхгранной призмы (рис.5) и, добившись положения устойчивого равновесия маятника, измерить длину L от точки подвеса до центра масс этого маятника. Указанные измерения величины L выполнить не менее 5-ти раз. Результаты всех измерений записать в табл. 1.
5. Повесить маятник на кронштейн 1 (рис.4). Отклонить маятник на угол 5—10° и предоставить ему возможность совершать малые колебания.
6. Измерить с помощью секундомера время 20-ти полных колебаний. Измеренияповторить не менее 5-ти раз. Число полных колебанийN может быть и другим (N = 30, N=40 и т. д.). Результаты всех измерений записать в табл. 1.
Обработка результатов измерений
1. Записать с точностью до второго знака значения ускорения силы тяжести и числа и определить их предельные погрешности.
2. Вычислить , а также абсолютные погрешности.
3. Определить, используя расчётную формулу, наиболее вероятное значение момента инерции .
4. Вычислить среднее значение абсолютной погрешности:
где — относительная погрешность, вычисляемая по формуле:
.
Записать результаты расчётов в виде:
..
6. Определить доверительную вероятность для доверительного интервала:
.
7. Записать окончательный результат в следующем виде:
.
8. Вычислить по теореме Штейнера (17) (используя результаты измерений и расчётов) момент инерции рассматриваемого маятника относительно оси, проходящей через центр масс этого маятника и параллельной оси, относительно которой данный маятник совершает колебания (рис.4).
Задание 2. Исследование зависимости периода колебаний математического маятника от его длины.
Приборы и принадлежности: математический маятник, секундомер, линейка металлическая с ценой деления 1 мм, угольник.
При выполнении задания рекомендуется соблюдать следующую последовательность.
1. Ознакомиться с лабораторной установкой и проверить (в присутствии лаборанта) её работу.
2. Составить таблицу результатов опытов по прилагаемой форме (табл. 2).
Номер опыта |
Длина маятника l, м |
Число колебаний N |
Продолжительность колебаний маятника в данном опыте |
Период колебаний Т, с | |||
τ1 , с |
τ2 , с |
τ3 , с |
τср , с | ||||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
… |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Установить длину маятника не менее 50 см и измерить её.
4. Отклонить маятник от положения равновесия на угол 5-10° и предоставить ему свободно колебаться.
5. Замерить с помощью секундомера время 20-ти полных колебаний. Измеренияповторить три раза.
6. Повторить аналогичные опыты ещё 3-4 раза, каждый раз увеличивая длину маятника на 15—20 см.
7. Записать в табл. 2 исходные данные и результаты наблюдения (длину маятника , число колебаний, продолжительность колебаний) для каждогоi-гo опыта.
8. Вычислить для каждого опыта период колебания математического маятника .
9. Построить на миллиметровой бумаге в прямоугольной системе координат теоретический график зависимости периода колебаний математического маятника от его длины, используя формулу (18).
10. Нанести на график теоретической зависимости экспериментальные точки с координатами из табл. 2 и соединить их плавной линией.
11. Оценить соответствие (расхождение) опытных данных с теоретической зависимостью и объяснить причины возможного расхождения результатов эксперимента и теоретической кривой.