Лабораторная работа по дисциплине «Физика» для ТОГУ



Внимание! Для выполнения данной лабораторной работы необходимо выбрать любое тело небольшого размера (шарик, кольцо, гайка и т.п., шарик можно слепить из пластилина) и подвесить его на нити.

 

  1. Экспериментально период колебания определяется по формуле

Для измерения времени колебаний маятника необходимо отвести шарик из положения равновесия и отпустить его, предоставив ему возможность свободно колебаться. Убедившись, что колебания происходят в одной плоскости, пускают в ход секундомер в момент наибольшего отклоне- ния маятника и отсчитывают время, в течение которого маятник совер- шает n = 20 полных колебаний.где n — число полных колебаний; t — время, за которое совершаются эти колебания. Время е необходимо определить с помощью секундомера, можно использовать секундомер смартфона/телефона.

  1. Длина маятника определяется величиной l — длиной от точки подвеса до тела до его центра масс. Для этого лучше брать тело симметричной формы, чтобы середина тела совпадала с его центром масс.
  2. Амплитуда колебания определяется приближенно по миллиметровой шкале линейки как максимальное смещение от положения равновесия центра тела.
  3. При всех измерениях угол отклонения должен быть мал (α ≈ 4 ÷ 60).

 

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

  1. Установить на подвесе маятник так, чтобы длина l была ровна 100 см. Отвести маятник от положения равновесия так, чтобы точка закрепления шарика на нити сместилась на расстояние Х0 = 10-12 см. Отпустить

 

маятник и измерить время t в течении которого совершаются n = 20 пол- ных колебаний. По формуле (8) определить период колебаний маятника Т, а по формуле ω = 2π/Т – циклическую частоту колебаний. В этом слу- чае амплитуда колебаний А будет равна Х0, а начальная фаза колебаний, согласно  формулы  (5),   в   момент   времени   t   =   0   будет   равна   φ0 = arcsin(X0/A) = π/2.

  1. Результаты измерений занести в табл.

Таблица 1

t, c n T, c ω, с – 1 А, мм х0, мм φ0, град
             

 

  1. Записать в единицах СИ уравнение колебания математического маятника в виде х = А sin (ωt + φ0) м, и построить график этого колебания.
  2. Определить периоды колебания двух маятников одинаковой длины, име- ющих разные массы, и убедиться в независимости периода колебания ма- тематического маятника от массы. Для этого повторить измерения по п. 1-2 для тела другой массы (заменить тело)
  3. Оставить на подвесе любой из маятников. Установить длину маятника  l = 100 см. Для данной длины l измерить время t, в течение которого со- вершаются n = 20 полных колебаний. По формуле (8) определить период колебаний маятника T. Результаты измерений занести в табл.
  4. Уменьшая длину нити на 150-200 мм повторить измерения по п. 5 три раза. Результаты измерений занести в табл.

Таблица 2

l, мм                       1

l, мм 2

n t, c T, c g, м/с2
1  
2  
3  
4  
ср.        

 

  1. Построить график зависимости периода T от 1 , убедиться, что зависи- мость линейная.
𝑙                 𝑙 𝑛2

g = 4𝜋2        = 4𝜋2       

T2                      𝑡2

(9)

 

  • По результатам табл. 2, используя формулу

 

 

получить значения ускорения силы тяжести g1, g2, g3, g4 для каждой длины маятника. Среднее значение gср сравнить с табличным значением g для вашего города.

  1. Сделать вывод

 

Контрольные вопросы:

 

  1. Какие колебания называются гармоническими? Дайте определение их основных характеристик.
  2. Что называется математическим маятником?
  3. Под действием какой силы совершает колебания математический маят- ник?
  4. По какой формуле рассчитывается период колебаний математического- маятника?
  5. Запишите формулу для расчета полной энергии гармонического коле- бания, поясните ее смысл.
  6. Запишите уравнение гармонических колебаний, изобразите его графи- чески, укажите на графике основные характеристики.
  7. Почему шарик на нити можно считать математическим маятником?
  8. Вывести дифференциальное уравнение колебаний математического ма- ятника.
  9. Вывести формулу периода колебаний математического маятника.
  10. Чему равны период и амплитуда колебаний потенциальной энергии ма- тематического маятника?
  11. Какие существуют способы задания гармонических колебаний?
  12. Какое тело можно назвать физическим маятником? Почему?
  13. Покажите, что дифференциальное уравнение колебаний математиче- ского маятника является частным случаем уравнения для физического маятника.
  14. Как изменится период колебаний математического маятника, если его точку подвеса двигать вертикально вверх с ускорением a < g?
  15. Докажите аналитически и графически выполнимость закона сохране- ния механической энергии в гармонических колебаниях.

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1999. С 255 — 261, 265.
  2. Ландсберг Г.С. Элементарный учебник физики. М.: Наука, 1975. С 15- 32.
  3. Кабардин О.Ф. Справочные материалы. М.: Просвещение, 1991. С 214 — 221.
  4. Иверонова В.И. Физический практикум. Механика и молекулярная фи- зика. М.: Наука, 1967. С 54 —
  5. Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. М.: Высшая школа, 1970. С 88 —

Нужна помощь
с дистанционным обучением?
Узнайте точную стоимость или получи консультацию по своему вопросу.
 

X