I. Определение модуля сдвига с помощью пружинного маятника

1. Подключить фотодатчик к блоку при помощи кабеля.

2. Повесить одну из исследуемых пружин на кронштейн2.

3

2

3

4

5

1

. Повесить на пружину наборный груз4. При этом кронштейн 2 с вертикально подвешенной пружиной должен быть закреплен на вертикальной стойке 1 таким образом, чтобы наборный груз, подвешенный к пружине, своей нижней плоскостью совпадал с оптической осью фотодатчика 5, закрепленного в нижней части стойки. Оптическая ось фотодатчика совпадает с рисками на фотодатчике.

4. Нажать кнопку «СЕТЬ» блока. При этом должно включиться табло индикации.

5

Рис. 6.3. Схема установки для

определения модуля сдвига.

. Поднять груз немного вверх и отпустить. При этом груз начинает совершать колебательные движения на пружине.

6. Нажать на кнопку «ПУСК», определить значение времени 20 колебаний груза по таймеру и нажать кнопку «СТОП».

7. Определить период колебаний груза по формуле: ,где t – время колебаний, n – число колебаний.

8. Для повышения точности повторить измерения п.7 3 ÷ 4 раза.

II. Определение модуля сдвига методом растяжения пружины

1. Повесьте на пружину груз массой m₁.

2. При помощи линейки измерьте положение нижней плоскости груза y₁.

3. Повторите задание п.2, увеличивая массу гири с помощью дополнительных грузов. Всего проведите измерения для 6 ÷ 7 значений m.

Обработка результатов экспериментов

I. Определение модуля сдвига с помощью пружинного маятника

1. Определить среднее значение периода колебаний по формуле (П2.1).

2. Определить среднее значение модуля сдвига материала пружины по формуле

, (6.11)

где m – масса груза в килограммах.

II. Определение модуля сдвига методом растяжения пружины

1. Построить график P = f(y). Если закон Гука выполняется, то график будет иметь вид прямой, а тангенс угла  наклона прямой к оси абсцисс определяется модулем сдвига и параметрами пружины.

2. Методом наименьших квадратов рассчитать значение тангенса угла наклона прямой, используя формулу (2П.4), в которой X_i = y_i, а Y_i = P_i, где y_i – среднее значение удлинения пружины в i-м измерении, P_i = m_ig – нагрузка на пружину в этом измерении.

3. По формуле

(6.12)

вычислить усредненное значение модуля сдвига для данного материала.

Расчёт погрешностей

I. Определение модуля сдвига с помощью пружинного маятника

1. Вычислить по методике расчета погрешности прямых измерений, задавая доверительную вероятность р₀ и коэффициент Стьюдента по формулам (П2.1) – (П2.3), в которыхX_i =T_i.

2. Определить погрешность измерения модуля сдвига G по формуле . (6.13)

3. Результат представить в виде .

4. С помощью табл. 2 Приложения 1 сделать вывод о материале, из которого изготовлена пружина.

II. Определение модуля сдвига методом растяжения пружины

1. По формулам (П2.5) – (П2.8) вычислить погрешность измерения (tg), считая X_i = y_i, Y_i = P_i,

2. По формуле

(6.14)

вычислить погрешность модуля сдвига.

5. Результат представить в виде .

Литература

1. Савельев И.В. Курс физики: В 3 т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика.– М.: Наука, 1989.

2.. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Наука, 1976.

3. Методические указания по обработке результатов измерений в физическом практикуме / Сост. Е.И. Дмитриева, Л.А. Захарова, Н.Е. Попова, А.Н. Сальников, Саратов: СГТУ, 1998.

4. Сальников А.Н. Физический практикум 2. Саратов, СГТУ, 2003.

Все измерения необходимо производить с большой осторожностью, так как маятник легко повредить, даже если незначительно погнуть его стержень. Поэтому следует оберегать маятник от ударов об пол, край стола и так далее.

36