Описание экспериментальной установки

Общий вид установки изображен на рис.4. Маятник представляет собой настольный прибор, на вертикальной стойке основания 1 которого крепится кронштейн 2. С одной стороны кронштейна 2 подвешен шарик на битфилярном подвесе 3, а с другой – физический оборотный маятник 4. Масса шарика 3 намного больше массы нити, а размеры шарика намного меньше длины нити. Поэтому для определения периода колебаний шарика можно приближенно использовать формулу для периода колебаний математического маятника. Длину подвеса можно изменять, вращая ручку 6. Физический оборотный маятник 4 представляет собой отдельный стержень 7 с двумя дополнительными грузами (чечевицами) 8, подвешенный на опорной призме 9. Грузы 8 и опорные призмы 9 могут перемещаться по всей длине стержня 7, а также могут быть удалены с него. Стержень 7 имеет кольцевые проточки, нанесенные через 10мм, которые служат для надежной фиксации грузов и опорных призм, а также для отсчета расстояний между ними. Грузы и опорные призмы имеют размеры по длине стержня, кратные десяти и элементы фиксации, находящиеся строго по середине этих размеров, что облегчает определение расстояния между ними.

Шкала 10, нанесенная на вертикальной стойке, предназначена для определения длины математического маятника.

Датчик фотоэлектрический 11 с помощью нижнего кронштейна 12 закреплен в нижней части вертикальной стойки и имеет возможность перемещаться как вдоль, так и вокруг вертикальной стойки, и фиксироваться в любом положении. Датчик предназначен для выдачи электрических сигналов на электронный блок 13.

Рис.4

Электронный блок 13 представляет собой жесткую конструкцию с размещенными на передней панели индикаторами «Период», «Время», кнопками управления «Сброс», «Пуск», «Стоп» и тумблером «Сеть».

При нажатии тумблера «Сеть» напряжение подается на все элементы электронного блока и фотодатчик 11. При нажатии кнопки «Пуск» начинается отсчет времени колебательного процесса. Параллельно идет счет числа периодов. Время и число периодов отображаются индикаторами «Период» и «Время».

При нажатии кнопки «Стоп» прекращается счет периодов и времени. Для нового запуска необходимо нажать кнопку «Сброс», а затем «Пуск».

Выполнение работы

Задание 1. Определение момента инерции физического маятника.

1. Ознакомиться с устройством экспериментальной установки.

2. Снять с физического оборотного маятника дополнительные грузы, оставив на нем только призмы.

3. Установить призму на расстоянии а’=3 см от верха стержня и подвесить стержень на подвес.

4. Включить в сеть электронный блок установки.

5. Нажатием кнопки «Сброс» обнулить данные на табло индикаторов.

6. Отвести стержень на 5-6^оот положения равновесия и отпустить.

7. Провести измерение времени 30 полных периодов колебаний (после появления в окне «Период» значения 30 нажать кнопку «Стоп»).

8. Разделив полное время на число nпериодов, определить период колебаний.

9. Из формулы найти момент инерции данного физического маятника (m=0,4 кг; длина стержняl=59 см; расстояниеаопределяется из формулыа=(l/2)-а’; гдеа’- расстояние от точки подвеса до верхнего конца стержня).

10. Проведя подобные измерения для двух других значений а’, занести полученные данные в таблицу 1 (для каждогоа’провести не менее пяти измерений).

11. Найти расхождение среднего значения момента инерции цилиндра с его расчетным значением, найденным из теоремы Штейнера-Гюйгенса . Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1

N	а’, м	t, с	N	T, с	Iэксп, кг .м2	Iэксп.ср, кг .м2	Iэксп, кг .м2	Iэксп Iэксп	Iрасч- Iэксп
1. 2. ... 5.	0,04
1. 2. ... 5.	0,07
1. 2. ... 5.	0,1

Задание 2. Определение длины нити подвеса шарика по периоду колебаний математического маятника.

1. Установить длину подвеса 35 см.

2. Перевернуть фотодатчик вокруг оси т.о., чтобы шарик находился в рабочей зоне фотодатчика.

3. Далее все измерения проделываются также, как и с физическим маятником.

Таблица 2

N	t, с	n	T, с	эксп,, м	ср, м
1. 2. ... 5.
1. 2. ... 5.
1. 2. ... 5.

4. Измерение периодов провести для трех значений длины маятника (5 раз для каждого значения).

5. Сравнить измеренное по периоду колебаний среднее значение длины маятника с его длиной, измеренной при помощи линейки.

6. Данные занести в таблицу 2.

Задание 3. Определение коэффициента затухания физического маятника.

1. Установив призму на расстоянии 3 см от конца стержня, подвесить его.

2. Отклонить конец стержня от вертикали на расстояние 10-12 см (отклонение фиксируется при помощи измерительной линейки).

3. Включить электронный блок маятника и обнулить показания индикаторов «Период» и Время».

4. Нажав кнопку «Пуск», отпустить маятник.

5. Когда отклонение конца маятника от вертикали уменьшится в 10 раз (т.е. станет равным 1-1,2 см), нажать кнопку «Стоп».

6. Используя формулу для логарифмического декремента затухания, определить .

,

так как

.

Тогда

.

Откуда или(гдеt- время колебательного процесса, за которое амплитуда колебаний уменьшается в 10 раз).

1. Занести результаты измерений в таблицу 3.

Таблица 3

N	A, м	t, с		ср		,%
1. 2. ............. 10.