1. Закрепляют опорные призмы О1 и О2, а также подвижные грузы на стержне по способу на рис.2 в.
2. Устанавливают оборотный маятник на опору.
3. Отклоняют его на малый угол (100…150).
4. Нажимают на кнопку «сброс», а затем отпускают маятник.
5. Когда число периодов на индикаторе будет равняться 9, нажимают на кнопку «стоп». По окончании десятого колебания счет времени останавливают.
6. Вычисляют период полного колебания T=t/N, где T —период (с), t —время (с), N —число полных колебаний (в данном случае N =10).
7. Аналогично находят Т колебаний на другой призме.
8. Сравнивают периоды колебаний на первой и второй призмах.
÷ Т1-Т2 ÷=D Т.
9. Для того, чтобы считать маятник оборотным, необходимо, чтобы Т1=Т2. На практике это соотношение нужно выполнить с некоторой заданной точностью, в данном случае ÷ Т1-Т2 ÷ £ 0,01 с. Поэтому необходимо перемещениями опорной призмы добиться выполнения этого условия.
10. После того, как найдено такое положение грузов и опорных призм, при котором ÷ Т1-Т2 ÷ £ 0,01 с., проводят, пять измерений периода на любой из призм, и находят среднее значение Т ср.= 
.
11. Расстояние ÷ L1+L2 ÷ между остриями опорных призм определяют по линейке, находящейся на стойке прибора. Учитывая то, что «верхняя» призма находится напротив нулевого уровня линейки, просто «опускают» перпендикуляр от нижней призмы и смотрят расстояние между призмами (ln).
12. Рассчитать ускорение силы тяжести по формуле
и оценить точность измерения. Сравнить со значением g для города Твери (9,81 м/с2).
Часть 2
Определение ускорения силы тяжести по кривой зависимости периода колебания от положения точки подвеса 2 стержня.
Приборы и принадлежности: маятник, прибор ФПМ.
Маятник представляет собой металлический однородный стержень длиной более метра, диаметром 14 мм. На стержне имеется шкала и передвижная опорная призма.
В выражении для периода колебания физического маятника:
Величину Ic (момент инерции, относительно оси, проходящей через центр тяжести) можно выразить через, так называемый, радиус инерции: Ic=ma02.
Радиус инерции 
показывает на каком расстоянии от оси вращения должна была бы находиться материальная точка, обладающая той же массой и тем же моментом инерции относительно рассматриваемой оси, что и данное тело.
Тогда 
.
Из этого уравнения видно, что период колебаний физического маятника равен бесконечности в двух случаях: при L =0 и при L =¥.
 |
График зависимости Т=j(L) между его предельными значениями состоит из двух ветвей: падающей и нарастающей.
Рис.3
Каждой стороне от точки центра тяжести стержня соответствует свой график, двум сторонам – два графика симметричных относительно середины стержня (рис.3).
Наименьшее значение величины периода колебаний получается при L=а0 (точка А и В, симметричные относительно центра тяжести маятника). В этом можно убедиться, если определить минимальное значение функции ln=(a02+L2)/L, являющейся приведенной длиной маятника.
Для однородного маятника 
.
Где m – масса стержня;
x – его длина;
- радиус инерции.
Пользуясь этим, находим, что точки с минимальным периодом колебаний находятся от центра стержня на расстоянии a0 = 0.29х. Равные периоды колебаний имеются при двух значениях: L: L1 < a0 (на падающей ветви – точки М, D), L2 > a0 (на нарастающей ветви – С, N).
Для этих точек 
Что приводит к равенству L1L2 = a02. Пользуясь этим, для величины приведенной длины маятника получаем 
В маятнике может быть найдено большое число пар точек (асимметричных относительно центра тяжести маятника), периоды колебаний вокруг которых равны между собой.
На рис.3 такими точками (с периодами колебаний Т) являются точки С, D, M, N.
Приведенной длиной маятника, при этом периоде колебаний, является длина прямых СМ или DN.
Любая другая прямая, параллельная оси абсцисс, дает такие две пары точек пересечения с двумя кривыми. Каждой прямой будет соответствовать другое значение величины периода колебаний и другая величина приведенной длины маятника.
По графику можно, следовательно, определять и период колебаний Т и приведенную длину маятника ln. Пользуясь таким графиком по формуле
можно определить ускорение силы тяжести.