IV. Порядок выполнения работы.

1. Установить «мишень» на рамке. Убедиться, что «мишень» находится на линии «выстрела» и перпендикулярна ей, а флажок пересекает при колебаниях рамки оптическую ось фотодатчика.

2. Установить «пулю» на направляющий стержень «пистолета», взвести пружину и произвести «выстрел».

3. Визуально определить угол φ_max максимального отклонения рамки по шкале угловых перемещений с помощью флажка, закрепленного на рамке. Измерить штангенциркулем или линейкой расстояние r от оси вращения рамки до центра отпечатка «пули» в мишени. Результаты записать в таблицу 1.

4. Повторить измерения по п.4 не менее пяти раз.

5. Включить электронный блок. Отклонить рамку с грузами на угол 30° и зафиксировать с помощью электромагнита. Нажать на электронном блоке кнопку «СБРОС», при этом должны обнулиться показания счетчиков колебаний и времени.

6. Нажать кнопку «ПУСК», при этом выключится электромагнит, и начнутся крутильные колебания рамки. Определить время t, за которое происходит N = 10 колебаний рамки. (Кнопку «СТОП» нажать на девятом колебании). Результат записать в таблицу 2.

7. Пункт 6 повторить 5 раз.

8. Установить грузы на рамке и аналогично пп.2-7 измерить угол отклонения рамки при попадании «пули», расстояние r от оси вращения рамки до центра отпечатка «пули», а также время t₁, за которое происходит N₁ = 10 колебаний рамки с грузами.

V. Таблицы результатов измерений.

1. Данные установки:

Масса груза: m_гр = ___________; Δm_гр = ___________.

Радиус груза: r₁ = ____________; Δr₁ = ____________.

Масса пули: m = ____________; Δm = ____________.

Расстояние от оси вращения маятника до оси груза: ℓ₁ = ______; Δℓ₁ = ______.

2. Измерение r и φ (две серии опытов).

Приборные погрешности: Δr_приб = _____________; Δφ_приб = _____________.

Таблица 1.

№ опыта	r	Δr	φmax	Δφmax
средние значения

Окончательные результаты записать в виде:

r = r_ср ± Δr ; φ = φ_ср ± Δφ.

3. Измерение периода колебаний (две серии опытов).

Приборная погрешность времени: Δt_приб = 5·10^-4 с.

Таблица 2.

№ опыта	Рамка без грузов		Рамка с грузами
	Т0	ΔТ0		Т1	ΔТ1
Средние значения

VI. Обработка результатов измерений.

Расчеты проводить для двух серий опытов (с пустой и с нагруженной рамкой).

1. Используя формулу (4), определить угловую скорость. Определить относительную погрешность:

.

Определить абсолютную погрешность Δω. Записать окончательный результат в виде: .

2. По формуле (5) рассчитать момент инерции J рамки без грузов.

3. Рассчитать относительную погрешность по формуле:

.

4. Определить абсолютную погрешность и записать окончательный результат в виде:

J = J_расч ± ΔJ.

Для второй серии опытов (рамка нагружена) момент инерции определять по формуле (6). Затем рассчитать относительную погрешность для момента инерции двух грузов (2ΔJ_гр/J_гр) по формуле:

.

Определить абсолютную погрешность момента инерции двух грузов (2ΔJ_гр).

Результирующая абсолютная погрешность нагруженной рамки составляет:

ΔJ = ΔJ_р + 2ΔJ_гр,

где ΔJ_р – абсолютная погрешность момента инерции пустой рамки (см. п.4).

5. По формуле (1) рассчитать скорость пули для двух серий опытов. Рассчитать относительную погрешность по формуле:

.

Рассчитать абсолютную погрешность.

Окончательное значение скорости определить как среднее для двух серий опытов: υ_ср. Из значений относительных погрешностей скорости выбрать большее: (Δυ/υ)_max. Абсолютную погрешность скорости определить по формуле:

Δυ = υ_ср·(Δυ/υ)_max.

Записать окончательный результат: υ = υ_ср ± Δυ.

6. Сделать вывод о качестве проведенных опытов.

Контрольные вопросы.

1. Какие законы сохранения используются в данной работе? (Сформулировать их и указать условия применимости каждого).

2. Какие колебания называются гармоническими?

3. Что такое циклическая частота? период? От каких параметров колебательной системы они зависят?

4. Какие силы участвуют в создании гармонических колебаний крутильного маятника?

5. Как рассчитывается момент инерции системы?

6. Каким способом меняется момент инерции?

7. Объясните результаты Ваших опытов.

8. Поясните вывод формул (1),(4),(5) и (6).

№ 1.8 «ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ И МОМЕНТА ИМПУЛЬСА С ПОМОЩЬЮ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА»