Описание экспериментальной установки

Общий вид установки показан на рис. 8.3. Для изучения колебаний математического и физического маятников применяется так называемый универсальный маятник. Он состоит из основания 1, на которой крепится вертикальная стойка 2, математического и физического (оборотного) маятников, имеющих узлы подвеса на верхнем кронштейне 3, кронштейна 4 для установки фотодатчика, фотодатчик 5.

Рис. 8.3

Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 6 и винтом–барашком 7 для фиксации вертикальной стойки 2. Вертикальная стойка 2 выполнена из металлической трубы, на которую нанесена миллиметровая шкала.

Математический маятник имеет бифилярный подвес, выполненный из капроновой нити 8, на которой подвешен груз в виде металлического шарика 9, и устройство 10 для изменения длины подвеса маятника.

Физический (оборотный) маятник имеет жесткий металлический стержень 11 с рисками через каждые 10 мм для отсчета длины, две призматические опоры 12, два груза 13 с возможностью перемещения и фиксации по всей длине стержня. Узлы подвески математического и физического (оборотного) маятников расположены на диаметрально противоположных относительно вертикальной стойки 2 сторонах кронштейна 3. Верхний кронштейн 3 имеет винт-барашек для крепления на вертикальной стойке 2. Кронштейн 4 имеет винт-барашек для крепления на вертикальной стойке 2 и элементы фиксации фотодатчика.

Методика экспериментов и обработка результатов измерений

Задание 1: определить значение ускорения свободного падения g с помощью математического маятника.

1. Зарисуйте таблицу 8.1.

2. Снимите физический (оборотный) маятник с верхнего кронштейна.

3. Установить нижний кронштейн с фотодатчиком в крайнее нижнее положение шкалы так, чтобы плоскость кронштейна, окрашенная в синий цвет, совпала с одной из рисок шкалы.

4. Установить верхний кронштейн таким образом, чтобы шарик математического маятника оказался в рабочей зоне фотодатчика. При помощи устройства 10 добиться такого положения шарика, при котором его центральная риска будет совпадать по высоте с риской на фотодатчике.

5. По шкале вертикальной стойки определите длину математического маятника . Результаты занесите в таблицу.

6. Нажмите кнопку «СЕТЬ» блока.

7. Приведите математический маятник в колебательной движение, отклонив металлический шарик на угол примерно 5-6 градусов, одновременно нажав кнопку «ПУСК» на блоке.

8. По показанию таймера определите значение времени 20 колебаний маятника, нажав кнопку «СТОП». Занесите значение t в таблицу.

9. Определите значение периода колебаний маятника по формуле: (n – число колебаний).

10. Определите значения Т² и запишите в таблицу.

11. Повторите п.п.5-10 для 10 разных значений .

12. Постройте график зависимости T² от и по нему определите угловой коэффициент , и рассчитайте значение g.

13. Определите погрешность полученного значения g.

Таблица 8.1

	, м	t, с	, с2
1. … 10.

Задание 2: определить значение ускорения свободного падения g с помощью физического (оборотного) маятника.

1. Зарисуйте таблицу 8.2.

Таблица 8.2

	n = 10
	t1, с	T1,с	t2, с	T2,с	T1/T2
1
…
	= , м

2. Укрепите призматическую опору 12 на расстоянии около 120 мм от конца стержня 11 физического (оборотного) маятника и два груза 13 в положениях, обозначенных на рис. 8.3.

3. Подвесьте физический маятник на одной из призматических опор. Поверните верхний кронштейн на 180 градусов так, чтобы стержень маятника находился в рабочей зоне фотодатчика.

4. Отклоните маятник на угол примерно 5-6 градусов, нажмите кнопку «ПУСК» на блоке и без толчка отпустите маятник. По показанию таймера определите значение времени 10 колебаний маятника, нажав кнопку «СТОП». Определите значение периода колебаний маятника по формуле: T₁ = t₁/n.

5. Поверните маятник и подвесьте его на другой призматической опоре.

6. Отклоните маятник на угол примерно 5-6 градусов, нажмите кнопку «ПУСК» на блоке и без толчка отпустите маятник. По показанию таймера определите значение времени 10 колебаний маятника, нажав кнопку «СТОП». Определите значение периода колебаний маятника по формуле: T₂ = t₂/n.

7. Перемещением призматических опор и грузов на стержне добейтесь примерного совпадения периодов колебания маятника при его качании на обеих призматических опорах с точностью не более 0,5% (T₁/T₂<0,995).

8. Определите расстояние между опорными гранями двух призматических опор при помощи линейки и вычислите ускорение свободного падения g по формуле (8.10).

9. Определите погрешность полученного значения .

10. Сравните найденные значения g с табличным значением и сделайте вывод.

Задание 3: определить положение центра масс физического маятника.

1. Установите грузы 13 в произвольном положении на стержне 11 физического (оборотного) маятника (рис. 8.3).

2. Определите периоды колебаний оборотного маятника Т₁ и Т₂ в соответствии с п.п. 3-6 задания 2 (сначала на одной призматической опоре, затем перевернув его).

3. Определите расстояние от точки подвеса до центра масс по формуле: , где L – расстояние между призматическими опорами (измерьте при помощи линейки).