Лабораторная работа №3
Измерение ускорения свободного падения при помощи математического маятника
Цель работы: вычислить ускорение свободного падения с помощью математического маятника.
Оборудование: нетбук, цифровой датчик положения, штатив с муфтой и кольцом, пластина стальная с магнитным слоем, нить, шар стальной.
Описание работы: математическим маятником называют идеализированную систему, состоящую из невесомой и нерастяжимой нити, на которой подвешена масса, сосредоточенная в одной точке, и совершающую под действием силы тяжести гармонические колебания в вертикальной плоскости. Как известно, период колебаний математического маятника выражается формулой:
Следовательно, значение ускорения свободного падения можно вычислить следующим образом:
Порядок выполнения работы
1. Закрепите кольцо с муфтой на стойке штатива. Повесьте нить за две петли на кольцо (рис. 1а) так, чтобы расстояние между петлями было максимально возможным (бифилярный подвес). Длина подвеса должна быть существенно больше размера шарика.
а) б)
Рис.1
2. Закрепите один из датчиков положения (герконов) на стальной полосе с магнитной подложкой. Саму полосу установите на основании штатива таким образом, чтобы геркон находился непосредственно под шариком, находящимся в положении равновесия. Измените высоту закрепления муфты с кольцом так, чтобы зазор между шариком и герконом составлял приблизительно 4 мм (рис.1 б).
3. Подсоедините USB-кабель герконового датчика к компьютеру и запустите программу «Цифровая лаборатория». Выберите сценарий 1.10 «Определение периода колебаний маятника на нити».
4. 3апустите измерения 
и проверьте, что при колебаниях шарика на регистрируемой кривой появляются всплески при прохождении шарика над герконом. При отсутствии всплесков, не останавливая колебаний, подвигайте стальную полосу с герконом перпендикулярно плоскости колебаний шарика. Если сигнал не появляется, следует опустить шарик к геркону. Остановите регистрацию 
5. Запустив регистрацию повторно , отклоните шарик на 6-7 см от положения равновесия и отпустите. После появления на экране одиннадцати импульсов (5 полных колебаний; N=5), остановите измерения.
6. Выделите область графика, содержащую первые 11 импульсов, и увеличьте масштаб (Alt + ЛКМ). Используя зелёный (ПКМ) и желтый (ЛКМ) вертикальные маркеры, измерьте время N полных колебаний (зеленый маркер установите на начало первого импульса, а желтый на начало одиннадцатого) и занесите его в таблицу 
, туда же занесите с помощью клавиатуры число полных колебаний (N). В четвёртом столбце таблицы автоматически вычисляется экспериментально измеренное значение периода колебаний (Тэксп).
7. Измерьте длину нити маятника (расстояние от центра тяжести шарика до кольца по вертикали (l)).
8. Заполните таблицу 1.
Таблица 1
Результаты измерений
| t, с | N | l, м |  , с
|
9. Определив значение периода колебаний (Тэксп) маятника, можно найти значение ускорения свободного падения по следующей формуле:
π = 3,14;
l – длина нити маятника (м);
– экспериментальное значение периода колебаний (с).
10. Сравните экспериментально полученное значение ускорения свободного падения со стандартным (9,8 м/с2) и сделайте выводы.