3. Схема экспериментальной установки

Установка представлена на рис. 3 и включает в свой состав: 1 – основание; 2 - вер­тикальную стойку; математический и физический (оборотный) маятники, имею­щие узлы подвеса на верхнем кронштейне 3; 4 - кронштейн для установки фото­датчика; 5 - фотодатчик.

Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 6 и зажимом 7 для фиксации вертикальной стойки 2. Вертикальная стойка 2 выполнена из металли­ческой трубы, на которую нанесена миллиметровая шкала.

Математический маятник имеет бифилярный подвес, выполненный из капроновой нити 8, на которой подвешен груз в виде металлического шарика 9, и устройство 10 для изменения длины подвеса маятника.

Ф изический (оборотный) маятник имеет жесткий металлический стержень 11 с рисками через каждые 10 мм для отсчета длины, две призматиче­ские опоры 12, два груза 13 с воз­можностью перемещения и фикса­ции по всей длине стержня.

Узлы подвески математиче­ского и физического (оборотного) маятников расположены на диамет­рально противоположных относи­тельно вертикальной стойки 2 сто­ронах кронштейна 3.

Кронштейн 4 имеет зажим для крепления на вертикальной стойке 2 и элементы фиксации фотодатчика.

У

Рис. 3

становка работает от блока электронного ФМ 1/1 (далее-блок), который в комплект поставки не входит.

4. Вывод рабочей формулы

В соответствии с формулой (6) для периода математического маятника при длине подвеса l, период колебаний Т будет равен

Т = 2 ,

откуда получаем формулу для расчета ускорения свободного падения g:

g = . (12)

Выведем формулу для определения ускорения свободного падения с по­мощью оборотного маятника. Пусть - приведенная длина физического маят­ника, тогда в соответствии с определением период колебаний такого маятника будет равен периоду колебаний математического маятника с длиной подвеса , т.е Т = 2 . Отсюда выразив g, получим рабочую формулу, аналогич­ную (12):

g = . (13)

5. Порядок проведения лабораторной работы

Произвести подготовку электронного блока ФМ 1/1 к работе.

5.1. Определение ускорения свободного падения

5.1.1. Определение g с помощью математического маятника

1. Подключить фотодатчик к блоку при помощи кабеля. Вилку с марки­ровкой "Ф" вставить в розетку фотодатчика.

2. Произвести регулировку положения основания при помощи регулиро­вочных опор, используя для визуального наблюдения в качестве отвеса матема­тический маятник.

3. Снять физический (оборотный) маятник с верхнего кронштейна. Уста­новить нижний кронштейн с фотодатчиком в крайнее нижнее положение шкалы так, чтобы плоскость кронштейна, окрашенная в синий цвет, совпала с одной из рисок шкалы.

4. Установить верхний кронштейн таким образом, чтобы шарик 9 матема­тического маятника оказался в рабочей зоне фотодатчика. При помощи устройства 10 добиться такого положения шарика, при котором его централь­ная риска будет совпадать по высоте с риской на фотодатчике.

5. По шкале вертикальной стойки определить длину математического ма­ятника l.

6. Нажать кнопку "СЕТЬ" блока. При этом должно включиться табло ин­дикации.

7. Отвести рукой шарик математического маятника на угол = и отпус­тить его.

8. Нажать кнопку "ПУСК" на блоке и убедиться, что он регистрирует число (левое табло) и время (правое табло) колебаний маятника. Нажать кнопку "СТОП" на блоке и убедиться, что отсчет времени и количества периодов коле­баний прекращается в момент окончания очередного периода колебаний. На­жать кнопку "СБРОС" на блоке.

9. Привести математический маятник в колебательное движение, отклонив металлический шарик на угол = , после чего нажать кнопку "ПУСК" на блоке. По показанию таймера определить значение времени (t) 60 колебаний ма­ятника, нажав кнопку "СТОП".

10. Передвигая вверх кронштейн с фотодатчиком на 20 мм и 40 мм от начального положения, при помощи устройства 10 добиться такого положения шарика, при котором его центральная риска будет совпадать по высоте с рис­кой на фотодатчике. Повторить эксперимент два раза.

11. Результаты измерений занести в табл. 1.

Табл. 1

№ опыта	длина маятника l, м	время колебаний t, с
1
2
3