Порядок виконання роботи

1. Скласти коло постійного струму, схему якого подано на рис. 3.9.1.

2. Виміряти напругу U_о за трьох показників сили струму I_о. Результати записати в табл. 3.9.1.

3. Скласти коло змінного струму за схемою, що подано на рис. 3.9.2.

4. Виміряти напругу U за трьох показників сили струму I. Результати вимірів записати в табл. 3.9.1.

5. Вставити осердя та виконати виміри, передбачені п. 4, для дроселя.

6. За формулами (3.9.7) розрахувати активний опір котушки R, повний опір котушки Z та повний опір дроселя Z₁.

7. Розрахувати середні значення R, Z та Z₁.

8. За формулою (3.9.6) знайти індуктивність котушки і дроселя.

9. Розрахувати магнітну проникність осердя за формулою (3.9.2).

Таблиця 3.9.1

№ пор.	Iо,A	Uо,B	R,Oм	I,A	U,B	Z,Oм	I1,A	U1,B	Z1,Oм

Контрольні запитання

1. У чому полягає суть явища електромагнітної індукції? Сформулюйте закон Фарадея для явища електромагнітної індукції.

2. Що називають магнітним потоком?

3. Сформулюйте правило Ленца.

4. У чому полягає суть явища самоіндукції?

5. Запишіть закон Генрі для явища самоіндукції.

6. Дайте визначення індуктивності контуру.

7. Що таке індуктивність котушки і від чого вона залежить?

8. Чим відрізняється котушка від дроселя?

9. Що таке магнітна проникність речовини?

10. Дайте визначення діа-, пара- та феромагнетиків.

11. Що таке екстраструми самоіндукції? Наведіть приклади шкідливого впливу екстраструмів розмикання. Наведіть приклади їхнього використання.

Модуль 4. Коливальні та хвильові процеси. Оптика Лабораторна робота № 4.1.Визначення параметрів згасання коливань фізичного маятника

Мета роботи: вивчення основних закономірностей згасаючих коливань; визначення коефіцієнту згасання та логарифмічного декременту згасання коливань фізичного маятника.

Вказівки до виконання роботи

Для виконання роботи потрібно засвоїти такий теоретичний матеріал: коливальні процеси та системи; фізичний маятник; згасаючі коливання; характеристики згасання.

Література: [1, т.1 §§ 10.1, 10.2, 10.4, 10.5, 10.8; 2, §§ 140–142, 146; 3, §§ 2.17, 2.18; 4, т.1 §§ 49, 50, 53, 54, 58].

Коливаннямназивають усякий регулярний або майже регулярний процес, в якому будь-яка величина набуває однакових значень через рівні або майже рівні проміжки часу.

Фізичний маятник− це будь-яке тверде тіло, здатне здійснювати під дією сили тяжіння коливання навколо нерухомої горизонтальної осі, яка не проходить через центр мас тіла (рис. 4.1.1).

Унаслідок відхилення фізичного маятника на деякий кут від положення рівноваги виникає зумовлений силою тяжіння обертальний момент, який прагне повернути маятник у положення рівноваги:

(4.1.1)

де m − маса тіла; ℓ − відстань від осі обертання до центра мас маятника.

Якщо маятник відпустити з такого положення, він почне здійснювати коливальний рух. Коливальному руху маятника перешкоджають опір повітря і тертя в осі маятника. Відомо, що в разі невеликої швидкості руху сумарний момент сил опору буде пропорційний кутовій швидкості руху маятника:

, (4.1.2)

де – коефіцієнт опору навколишнього середовища;− кутова швидкість. Знак “мінус“ свідчить про те, що вектори та мають протилежний напрям.

За основним законом динаміки обертального руху

.

Оскільки фізичний маятник здійснює обертальний рух під дією двох моментів сил і , рівняння його руху після підстановок значень моментів сил і перетворень матиме вигляд:

, (4.1.3)

де J – момент інерції маятника відносно осі обертання; − кутове прискорення маятника.

Зважаючи на те, що за малих коливань (коливань з малими кутами відхилення, для яких можна вважати, що ), а також вводячи позначеннята, диференціальне рівняння вільних згасаючих коливань фізичного маятника можна записати у вигляді:

. (4.1.4)

Розв’язком цього рівняння є функція залежності кута обертання маятника від часу: . (4.1.5)

Графік функції (4.1.5) наведено на рис. 4.1.2.

Рух маятника можна розглядати як коливання з частотою та амплітудою, яка змінюється з часом за законом. Період згасаючих коливань дорівнює:

. (4.1.6)

Якщо коефіцієнт опору середовища невеликий, тобто можна вважати його рівним нулю (=0), то і коефіцієнт згасання=0. Тоді формулу періоду коливань можна записати у вигляді:

. (4.1.7)

Швидкість згасаючих коливань характеризується коефіцієнтом згасання . Для визначення коефіцієнта згасання користуються залежністю амплітуди від часу, яка подається у вигляді логарифмічної функції:

. (4.1.8)

У координатах () рівняння (4.1.8) є прямою лінією. Величинавизначає кутовий коефіцієнт нахилу прямої (4.1.8) до осі часуt(рис. 4.1.3):

або . (4.1.9)

Якщо , то

.

Отже, коефіцієнт згасання – це величина, обернена до проміжку часуt_e, упродовж якого амплітуда коливань зменшується враз. Співвідношення (4.1.9) можна використовувати для експериментального визначення .

Окрім коефіцієнта, для характе-ристики згасання застосовують також логарифмічний декремент згасання χ, який визначають логарифмом відношення амплітуд, що відповідають моментам часу, які відрізняються на період:

. (4.1.10)

Фізичний маятник виготовлено у вигляді металевого стрижня 1(рис. 4.1.4), до верхнього кінця якого прикріплено дві призми, що спираються своїми ребрами на раму.

Для зміни періоду коливань на стрижень надітий масивний вантаж 2, положення якого можна регулювати гвинтами.

Відлік амплітуди коливань у градусах виконують за шкалою 3.