Свободные колебания горизонтального пружинного маятника

Оборудование: прибор для демонстрации колебаний, насос.

Рисунок 1

Прибор, предназначенный для демонстрации горизонтальных колебательных процессов (рисунок 1), состоит из основания с полой прямоугольной призмой, на гранях которой имеются ряды равноудаленных друг от друга маленьких отверстий. На торце призмы установлен штуцер для присоединения эластичного шланга, через который подается воздух от воздуходувки или пылесоса в режиме нагнетания, или от ручного насоса. Над призмой прибора установлена горизонтальная шкала «10-0-10» с оцифровкой через 20 мм. На гранях призмы находится пластмассовая каретка с вертикальным стержнем для надевания на него металлического груза, если необходимо изменить массу каретки. К каретке закреплена пружина, второй конец которой закреплен к стойке. Жесткость пружины – 0,6 Н/м. Пружинный маятник состоит из каретки, прикрепленной пружиной с малой жесткостью к вертикальной стойке. Поскольку каретка движется по призме на воздушной подушке, трения при движении не возникает и свободные колебания совершаются довольно длительное время Этапы проведения эксперимента 1. Сместите каретку вправо, например на 5 см. Она удерживается за счет силы трения покоя, хотя на нее и действует сила упругости, направленная к положению равновесия. 2. Подайте воздух. Каретка поднимется, трение покоя исчезнет и каретка начнет двигаться влево. Пройдя по инерции положение равновесия, при котором сила упругости становится равной нулю, каретка начинает сжимать пружину. При сжатии пружины возрастает сила упругости, направленная вправо. Именно она затормозит каретку на расстоянии х, равном амплитудному значению А. Точка поворота – точка, в которой скорость каретки равна нулю. Под действием силы упругости каретка начинает двигаться вправо к положению равновесия. Пройдя его по инерции, каретка, растягивая пружину, через промежуток времени Т, равный периоду колебаний, возвращается в исходное положение. Затем процесс колебаний пружинного маятника повторяется. 3. Подсчитав число полных колебаний и измерив время свершения этих колебаний, определите период, т.е. время одного полного колебания. 4. Проанализируйте, от чего зависит и не зависит период колебаний пружинного маятника и покажите это на опыте. 5. Масса маятника (каретки) характеризует его инертные свойства – чем больше масса, тем медленнее раскачивается маятник и больше период колебания. Покажите это на опыте. Для этого на вертикальный стержень каретки, который служит для прямого отсчета амплитуды колебаний, необходимо надеть металлический цилиндр. Повторить опыт при той же начальной амплитуде, что и в первом случае. 6. Определить время десяти полных колебаний каретки и вычислить период колебаний. 7. Сравните полученное значение с предыдущим и сделайте соответствующий вывод.

Контрольные вопросы

1. Что называется электромагнитной волной?

2. Перечислите основные интервалы частот (длин воли), соответствующие различным типам электромагнитных волн.

3. Что является источником вихревого электрического поля?

4. Чем отличается вихревое электрическое поле от: а) магнитного; б) электростатического?

5.Какой ток называется переменным?

6.Какие электромагнитные колебания в контуре называются свободными?

7. Почему в контуре, состоящем из конденсатора и резистора, не могут возникнуть электромагнитные колебания?

8. Почему свободные электромагнитные колебания в реальном колебательном контуре являются затухающими?

9. Какое напряжение дает источник переменного тока?

10. Какое значение переменного тока называют мгновенным? Амплитудным?

11. Что называется действующим значением силы переменного тока?

12. Какое движение называют колебательным?

13. Какое уравнение описывает гармонические колебания?

14. Что называют амплитудой колебаний? Периодом? Частотой?

15. Как связаны между собой частота ν колебаний с циклической частотой ω?

16. Что называют фазой гармонического колебания? Начальной фазой гармонического колебания?

17. Какой маятник называют пружинным?

18. По какой формуле определяется циклическая частота колебаний пружинного маятника? Период его колебаний?

19. Какой маятник называют математическим?

20. Запишите кинематический закон движения математического маятника.

21. Какой энергией обладает математический маятник при прохождении положения равновесия?

22. Какой энергией обладает пружинный маятник при наибольшем смещении от положения равновесия?

23. От чего зависит частота собственных колебаний?

24. Какие колебания называются вынужденными?

25. От чего зависит частота вынужденных колебаний?

26. Что такое резонанс?

27. Какими физическими величинами характеризуются волны?

28. Какая волна называется продольной? Поперечной?

29. Что такое длина волны?

30. Что такое порог слышимости? Болевой порог?

Дата добавления: 2015-07-15