Описание экспериментальной установки

О бщий вид универсального маятника представлен на рис. 3. Основание 1 оснащено регулировочными винтами 2, которые позволяют выравнивать прибор. В основании закреплена колонка 3, на которой зафиксирован верхний кронштейн 4 и нижний кронштейн 5. Открутив винт 6, верхний кронштейн можно поворачивать вокруг колонки. Закручивая винт 6, можно фиксировать кронштейн в любом произвольно выбранном положении.

С одной стороны кронштейна 4 находится математический маятник 7, с другой стороны вмонтирован на вкладышах оборотный маятник 8.

Длину математического маятника можно регулировать с помощью воротка 9, а ее численное значение определяют, используя шкалу на колонке 3.

Оборотный маятник выполнен в виде стального стержня, на котором зафиксированы два повернутых друг к другу лезвиями ножа и два груза. На стержне через 1,0 см выполнены кольцевые нарезки для точного определения расстояния между ножами. Ножи и грузы можно перемещать по стержню и фиксировать в любом положении с помощью винтов, входящих в кольцевые нарезки на стержне.

Ход работы

Задание 1

1. Выставьте прибор горизонтально, используя математический маятник в качестве отвеса.

2. Нижний кронштейн установите в нижней части колонки так, чтобы его верхняя грань показывала на шкале длину ℓ = 52 см.

3. Вращая вороток на верхнем кронштейне, установите длину математического маятника, при которой черта на шарике явилась бы продолжением черты на корпусе. Приведите маятник в движение, отклоняя шарик на 4-5⁰ от положения равновесия.

4. Подсчитайте время не менее чем через 50 колебаний.

5. Аналогично проведите измерения для ℓ = 48 см; 44 см; 40 см; 36 см; 32 см; 28 см.

6. Проведите расчет периода исследованных колебаний.

7. Экспериментальные результаты нанесите на график T= ( ).

8. Используя значение тангенса угла наклона прямой T= f( ), руководствуясь соотношением (1), определите значение ускорения свободного падения.

9. Проведите оценку косвенного измерения ускорения свободного падения.

Задание 2

1. Проверните верхний кронштейн, повернув его на 180^о.

2. Зафиксируйте грузы на стержне так, чтобы один из них находился вблизи конца, а другой – вблизи середины стержня.

3. Ножи маятника закрепите так, чтобы они были обращены друг к другу лезвиями, причем один из них располагался вблизи конца маятника, а другой – на половине расстояний между грузами. Грани лезвий ножей должны соответствовать нарезкам на стержне.

4. Закрепите маятник на вкладыше верхнего кронштейна на ноже, который находится вблизи конца стержня.

5. Отклоните маятник на 4 - 5^о от положения равновесия и отпустите.

6. Подсчитайте время не менее 10 полных колебаний.

7. Определите по формуле (4) период Т₁.

8. Снимите маятник и закрепите его на втором ноже.

9. Аналогично пунктам 6-9 определите период Т₂.

10. Если Т₂ > Т₁, второй нож переместите в направлении груза, находящегося на конце стержня. Если Т₂< Т₁, переместите в направлении середины стержня. Положение грузов и первого ножа не меняйте.

11. Повторно измерьте Т₂ и сравните с Т₁.

12. Измените положение второго ножа до момента выполнения равенства Т₁ = Т₂ с точностью не менее 0,5%. Окончательную проверку равенства периодов проведите, измеряя время не менее 50 колебаний.

13. Определите приведенную длину оборотного маятника, подсчитывая количество нарезок на стержне между ножами; длина насечек равна 10 мм.

14. Из формулы (3) определите ускорение свободного падения.

15. Проведите оценку погрешности косвенного измерения g.

Задание 3

1. Снимите оборотный маятник и поверните колонку на 180^о.

2. Аналогично пунктам Задания 1, выставьте длину математического маятника равную приведенной длине физического маятника. Измерьте период колебаний.

3. Полученное значение сравните со значением периода оборотного маятника. Сделайте выводы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7