1. Установите оборотный маятник на призму 1. Регулируя длину нити с помощью лебёдки, установите середину шарика, примерно на одной высоте с ребром нижней призмы 2. Отклонив одновременно шарик на нити и оборотный маятник от положения равновесия на небольшой угол (≈ 50 – 60), предоставьте им возможность совершать свободные колебания. Перемещая груз 4 вдоль стержня, добейтесь того, чтобы в течение 10 полных колебаний маятник и шарик двигались примерно с одинаковыми фазами, что соответствует приблизительному равенству периодов. После этого грубую настройку оборотного маятника можно считать законченной.
2. Точная настройка маятника имеет целью добиться равенства периодов колебаний на призмах 1 и 3 с возможно большей точностью. Для этого необходимо сравнить времена t 1 и t 2 достаточно большого числа, (например 50-ти) колебаний на призмах 1 и 3. Устанавливая маятник последовательно на обе призмы и перемещая груз 4 (в небольших пределах), добейтесь того, чтобы разница | t 1 – t 2| не превышала 1 с. Следует учесть, что положение груза 4 влияет как на t 1 и так и на t 2. Таким образом, после каждого перемещения груза необходимо заново измерять t 1 и t 2. Эта процедура одна из самых трудоемких в данной работе. Окончательную величину t1 ≈ t 2 = t ср. запишите в тетрадь. В качестве погрешности величины t ср. примите Δ t = 1 с.
3. Измерьте (с помощью линейки и двух угольников) расстояние L между ребрами призм 1 и 2 и запишите c учетом погрешности:
L = L ср ± Δ L.
4. Рассчитайте среднее значение ускорения свободного падения по формуле (5).
5. По формуле
E = 
+ 
+ 
найдите относительную погрешность E, а затем и абсолютную погрешность:
Δ g = 
.
6. Запишите окончательный результат:
g = (g ср. ± Δ g) м/c2.
Контрольные вопросы
1. Что называется ускорением свободного падения?
2. От чего зависит величина ускорения свободного падения?
3. Запишите дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.
4. Дайте определение физическому и математическому маятникам.
5. Почему маленький тяжелый шарик является хорошей моделью математического маятника?
6. От чего зависит период колебаний математического маятника?
7. От чего зависит период колебаний физического маятника?
8. Что такое центр масс и момент инерции тела? Как их найти?
9. Сформулируйте теорему Штейнера и покажите её применение на простейших примерах.
10. С какой целью следовало добиваться равенства периодов колебаний оборотного маятника на обоих призмах? Можно ли выполнить работу, если подвижный груз (4) не может перемещаться по стержню?
11. Почему амплитуды колебаний обоих маятников должны быть небольшими?
12. Что такое приведённая длина физического маятника?
13. Как еще можно найти величину ускорения свободного падения? Укажите все известные Вам способы?
14. Рассчитайте период T колебаний тонкого стержня длиной L относительно оси, проходящей через один из концов стержня. Как изменится период T, если на второй конец стержня прикрепить точечный груз с такой же массой, как у стержня?
15. Как найти период колебаний маленького заряженного шарика, подвешенного на нити и находящегося под действием однородного электростатического поля?
16. С помощью каких методов и приемов можно повысить точность измерений (уменьшить погрешности измеряемых величин в данной работе)?
17. Какой из приведенных на рисунке объектов наилучшим образом соответствует модели математического маятника?
 |
Литература
1. Савельев И.В., Курс общей физики, М.: Наука, 1982, Т.1.
2. Савельев И.В., Курс физики, М.: Наука, 1989, Т.1,2.
3. Савельев И.В., Курс общей физики, М.: Лань, 2005, Т.1.
4. Бондарев Б.В., Калашников Н.П., Спирин Г.Г., Курс общей физики, М.: Высшая школа, 2003, Т.1.
5. Детлаф А.А., Яворский Б.М., Курс физики, М.: Высшая школа, 1999.
6. Трофимова Т.И., Курс физики, М.: Высшая школа, 2001.
7. Зисман Г.А., Тодес О.М., М.: Наука, 1967, Т.1.
8. Грабовский Р.И., Курс физики, М.: Лань, 2004.
[1, с. 195-197], [2, Т.2, с. 248-252], [3, с. 195-197], [4, с. 191-193], [5, с. 360-363], [6, с. 258-261], [7, с. 269-271], [8, с. 95-99].