Розділ 2. МЕХАНІЧНИЙ РУХ
Лабораторна робота № 5
Тема. Дослідження коливань нитяного маятника.
Мета: навчитися визначати амплітуду, період і частоту коливань маятника; переконатися на досліді, що частота й період коливань маятника не залежать від амплітуди його коливань і маси тягарця, проте залежать від довжини нитки.
Обладнання: дві невеличкі важкі металеві кульки різної маси, міцні нерозтяжні нитки, лінійка завдовжки 1 м, штатив із муфтою та лапкою, секундомір, терези з важками.
Вказівки до роботи
Підготовка до експерименту
1.Перед тим як виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте відповіді на такі запитання:
1)Що називають амплітудою коливань?
2)За якою формулою можна обчислити період коливань?
3)Що таке частота коливань і за допомогою яких формул її можна обчислити?
2.Визначте ціну поділки шкали лінійки.
3.Виміряйте за допомогою терезів маси кульок.
4.Закріпіть кульки на нитках, довжина яких є трохи більшою від
1 м.
5.Установіть на краю стола штатив. Біля верхнього кінця штатива закріпіть за допомогою муфти лапку й підвісьте до неї одну з кульок на нитці так, щоб довжина одержаного маятника становила
1 м.
6.Пересуваючи муфту вздовж штатива, установіть її на такій висоті, щоб кулька опинилась на відстані 3–5 см від розташованої на підлозі лінійки.
Експеримент. Опрацювання результатів експерименту
1.Дослідіть залежність періоду та частоти коливань маятника від його амплітуди. Для цього:
1)відхиливши маятник на відстань 2–3 см від положення рівноваги і відпустивши, виміряйте час, за який маятник виконає 20– 30 коливань; визначте період і частоту коливань;
2)повторіть дослід, збільшивши амплітуду коливань до 5–6 см;
3)результати вимірювань та обчислень занесіть до табл. 1.
|
|
|
|
|
|
Таблиця 1 |
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Довжина |
Амплітуда |
Число |
Час |
Період |
Частота |
досліду |
нитки |
коливань |
коливань |
коливань |
коливань |
коливань |
|
l, м |
A, м |
N |
t, с |
T, с |
ν , Гц |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100
Лабораторна робота № 5
2.Дослідіть залежність періоду коливань маятника від його маси. Для цього:
1)перенесіть із табл. 1 до табл. 2 результати досліду № 1;
2)повторіть дослід для кульки іншої маси, довжина нитки якої теж дорівнює 1 м, а амплітуда коливань становить 2–3 см;
3)результати вимірювань та обчислень занесіть до табл. 2.
|
|
|
|
|
|
Таблиця 2 |
|
|
|
|
|
|
|
Номер |
Довжина |
Маса |
Число |
Час |
Період |
Частота |
досліду |
нитки |
кульки |
коливань |
коливань |
коливань |
коливань |
|
l, м |
m, кг |
N |
t, с |
T, с |
ν , Гц |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3.Дослідіть залежність періоду коливань маятника від довжини нитки. Для цього:
1)перенесіть із табл. 1 до табл. 3 результати досліду № 1;
2)повторіть дослід, зменшивши довжину нитки першого маятника до 25 см; амплітуда коливань має становити 2–3 см;
3)результати вимірювань та обчислень занесіть до табл. 3.
|
|
|
|
|
Таблиця 3 |
|
|
|
|
|
|
Номер |
Довжина |
Число |
Час |
Період |
Частота |
досліду |
нитки |
коливань |
коливань |
коливань |
коливань |
|
l, м |
N |
t, с |
T, с |
ν , Гц |
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аналіз експерименту та його результатів |
Проаналізувавши результати, зробіть висновок, у якому зазначте: які |
величини ви навчилися вимірювати; які чинники вплинули на точність |
одержаних результатів; як період і частота коливань маятника залежать |
від амплітуди коливань, маси кульки, довжини нитки. |
+ |
Творче завдання |
|
Не виконуючи вимірювань, визначте період коливань маятника завдовжки 4 м, |
||
|
||
|
амплітуда коливань якого 10 см, а маса дорівнює 300 г. Обґрунтуйте свою відповідь. |
101
Розділ 2. МЕХАНІЧНИЙ РУХ
Підбиваємо підсумки розділу 2 «Механічний рух»
У розділі 2 ви вивчали механічний рух та його характеристики, дізналися про види механічного руху — прямолінійний рух, рух по колу, коливальний рух.
1. Ви ознайомились з основними поняттями механіки.
МЕХАНІЧНИЙ РУХ
зміна з часом положення тіла або частин тіла у просторі відносно інших тіл
Система відліку
Система координат |
|
Тіло відліку |
|
Прилад для відліку часу |
|
|
|
|
|
Матеріальна точка |
|
|
Траєкторія руху |
|
|
|
матеріальної точки |
||
|
|
|
||
Фізична модель тіла в умовах, за яких |
|
|
Лінія, яку описує в просторі |
|
розмірами тіла можна знехтувати |
|
|
точка, що рухається |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переміщення — напрямлений відрізок |
|
|
Шлях — фізична величина, яка |
|
прямої, який з’єднує початкове |
|
|
||
|
|
дорівнює довжині траєкторії |
||
і кінцеве положення тіла |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.Ви навчилися розрізняти види механічного руху.
Види механічного руху
За формою траєкторії |
|
За залежністю значення |
|
швидкості руху від часу |
|
|
|
|
|
|
|
прямолінійний |
|
рівномірний |
|
|
|
|
|
|
криволінійний |
|
нерівномірний |
|
|
|
102
Підбиваємо підсумки розділу 2
3.Ви навчилися досліджувати рівномірний рух за допомогою графіків шляху та швидкості руху.
Графік швидкості руху |
Графік шляху |
Зв’язок між графіком |
|
швидкості руху і шляхом |
|||
|
|
v |
|
|
Швидше |
|
Повільніше |
O |
t |
|
v |
Швидше |
|
|
||
O |
Повільніше |
|
t |
||
|
v |
|
O |
t |
|
Шлях чисельно дорівнює площі фігури під графіком швидкості руху
4.Ви дослідили деякі механічні рухи.
Форма |
Шлях |
Час руху |
Швидкість руху |
|
|
||||||||||||||
траєкторії |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рівномірний рух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l =vt |
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
l |
|
|
||||||
Будь-яка лінія |
t = v |
|
v = t |
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нерівномірний рух |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Будь-яка лінія |
l =l1 +l2 +...+ln |
t =t1 +t2 +...+tn |
vсер = |
l = l1 +l2 +...+ln |
|
||||||||||||||
t = t |
+t +...+t |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
n |
|||||||
|
Рівномірний прямолінійний рух |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l = s =vt |
|
l |
|
|
s |
|
|
l |
|
|
|
|
s |
|
|
|||
Пряма лінія |
t = v |
= v |
|
v = t |
|
|
= t |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рівняння координати для рівномірного прямолінійного руху: x = x0 +vt ; x = x0 −vt
Форма |
|
Період |
|
|
|
Частота |
|
|
Шлях за період |
Швидкість |
|||||||
траєкторії |
|
|
|
|
|
|
руху |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рівномірний рух по колу |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коло |
|
t |
|
|
1 |
|
|
N |
|
1 |
|
l =2πR , |
|
2πR |
|
||
T = N , |
T = n |
n = |
t , n = T |
де R — радіус кола |
v = T |
||||||||||||
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Коливальний рух |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Відрізок |
T = |
t |
|
T = |
1 |
|
ν = |
N |
, ν = |
1 |
|
l0 =4A , |
Увесь |
||||
прямої, |
, |
|
|
де А — амплітуда |
час змі- |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
дуга кола |
|
N |
|
n |
|
t |
T |
коливань |
нюється |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
103 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|