Воронов Лабораторныы практикум Основные законы мекханики 2015

мощью масштабной линейки определить длину рабочей части струны.

2.Создать натяжение в струне, поместив на чашку грузы так, чтобы суммарная масса чашки с грузом была 150 г. Натяжение струны при этом определяется силой тяжести чашки с грузом:

P = mg.

3.По формулам (1.15.2) и (1.15.3) вычислить частоту основного тона для созданного натяжения струны.

4.Подготовить генератор к работе. Для этого тумблер включения сети поставить в положение «Вкл.», при этом должна загореться сигнальная лампочка.

После прогрева генератора (5–7 мин) отрегулировать выходное напряжение. Переключатель пределов шкалы поставить в такое положение, при котором предел напряжения шкалы вольтметра равен 15 В. Дальнейшая регулировка выходного напряжения будет производиться с помощью ручки «Регулировка вых.». С помощью ручки «Регулировка вых.» установить выходное напряжение ЗГ, равное 5 В по верхней шкале вольтметра на панели ЗГ.

5.Поместить магнит посередине струны. Установить с помощью переключателя «Множитель» и ручки «Частота, Hz» значе-

ние частоты ν1 , полученное теоретически для данной нагрузки в п. 3. Плавно изменяя частоту вращением лимба ЗГ вблизи ν1 ,

уточнить значение частоты, при которой возникают устойчивые колебания струны с максимальной амплитудой. Величину полного размаха струны в пучности стоячей волны измерить с помощью линейки, укрепленной на магните. Записать полученные значения частоты ν1 и размаха колебаний в заранее подготовленную табл. 1.15.1.

6.Не изменяя положение магнита найти резонанс на частоте ν3

изаписать полученные значения частоты ν3 и соответствующего размаха колебаний в табл. 1.15.1.

7.Повторить измерения, описанные в пп. 5, 6 еще два раза, по-

следовательно находя частоты ν1и ν3, и записывая результаты измерений частот и размахов колебаний в табл. 1.15.1.

8. Изменить положение магнита, переместив его на четверть рабочей части струны. Найти резонанс, соответствующий второму обертону стоячей волны. Провести измерения частоты ν2 и запи-

121

сать полученные значения частоты ν2 и соответствующего размаха колебаний в табл. 1.15.1. Повторить измерения ν2 и соответствующего размаха еще два раза, записав результаты в таблицу.

9. Провести измерения согласно пп. 5–8 при других натяжениях струны. Рекомендуется каждый раз увеличивать массу груза на 50 г, проведя измерения для пяти различных натяжений струны.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1. По экспериментальным данным рассчитать среднюю частоту основного тона колебаний струны <ν1> и ее погрешность Δ<ν1>. При расчетах использовать все девять значений частот, полученных для каждой силы натяжения, пересчитав по ним частоту основного тона по формуле:

ν.

122

Полученные средние значения занести в табл. 1.15.1 и рассчитать скорости распространения поперечных колебаний для каждого натяжения струны, используя формулу (1.15.2).

2. Вычислить относительную погрешность определения скорости по формуле:

Ev = ( l / l)2 + (Δν / ν)2 1/2 ≈ Δν / ν,

где l и Δν – абсолютные погрешности измерений длины струны

исобственных частот ее основного тона колебаний.

3.По полученным результатам построить график зависимости

скорости распространения колебаний в струне v от квадратного

корня из силы натяжения струны P . Определить методом парных точек угловой коэффициент kэксп проведенной прямой и его

погрешность kэксп.

4. На этом же чертеже построить график теоретической зависимости скорости v от P , используя формулу, следующую из

(1.15.3): v = kтеор P , где kтеор = 2 /(d πρ).

На этом графике указать область погрешностей теоретических значений. Для этого оценить погрешность kтеор по формуле:

kтеор = 2 d /(d 2 πρ),

где d – погрешность измерения диаметра струны, и нарисовать на том же графике две вспомогательные прямые с угловыми коэффициентами kтеор ± kтеор.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

В заключении к работе указать, каким методом измерялись собственные частоты колебаний струны. Привести экспериментальный и теоретический графики зависимости скорости распространения колебаний в струне от квадратного корня из силы натяжения. Сравнить результаты экспериментов с предсказаниями теории, сделать вывод.

123

Табличные значения

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое стоячая волна?

2.Как выглядит профиль стоячей волны на струне, закрепленной с обеих сторон, если на ней установились колебания основного тона, первого обертона, второго обертона?

3.Что такое узлы и пучности стоячей волны?

4.Что такое частота основного тона, частота первого обертона?

5.В чем состоит метод резонанса?

6.В чем состоит назначение постоянного магнита и звукового генератора в установке данной работы?

7.Как получить колебания на струне с частотой, равной частоте первого обертона?

8.В каком диапазоне нагрузок рекомендуется проводить измерение в данной работе?

9.Каковы возможные источники систематической ошибки определения экспериментального значения скорости распространения поперечных колебаний в струне в работе?

124