Международный университет

МЕЖДУНАРОДНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИРОДЫ, ОБЩЕСТВА И ЧЕЛОВЕКА «ДУБНА»

Кафедра общей физики

Лабораторная работа №2

Физический маятник

Разработал: д.т.н. Гребёнкин М.Ф.

г. Дмитров

Цель работы: Экспериментальное определение физических характеристик колебаний физического и математического маятников. Имеется в виду сравнить экспериментальное и расчётное значение периода колебаний физического маятника и период колебаний математического маятника определённой (приведённой) длины.

Приборы и принадлежности: однородный стержень с отверстием (место подвеса физического маятника), груз с нитью (математический маятник), секундомер, измерительная линейка, весы.

1. Теоретическое введение

Период колебаний физического маятника ,

где I – момент инерции относительно оси, проходяшей через точку подвеса, m- масса маятника, - расстояние между центром подвеса и центром масс маятника, g- ускорение свободного падения ().

Период колебаний математического маятника

где L – длина математического маятника.

можно представить в виде ,

где - приведённая длина физического маятника.

Момент инерции однородного стержня массы m и длины

а) относительно центра масс

б) относительно оси, проходящей через точку подвеса .

2. Описание экспериментальной установки.

Физический маятник должен представлять собой однородный стержень (металлический, деревянный, пластмассовый) не менее 40 см. длины с отверстием для подвеса маятника, расположенной ближе к концу стержня.

Математический маятник – это груз заметной массы, но маленького размера на сравнительно длинной лёгкой практически нерастяжимой нити.

На жёстко закреплённый штырь (гвоздь) подвешивают маятники.

Отклоняют маятники на небольшой угол, а потом отпускают – наблюдается колебат-

ельный процесс. В точке подвеса физического маятника следует обеспечить минимальное

О значение трения, чтобы избежать затухания

С колебаний. Физический и математический

маятники должны совершать не менее 30

колебаний без заметного уменьшения амплитуды.

3. Расчётные формулы.

(1); ; ;

(2); (3); (4).

4. Проведение работы.

4.1 Определение периода колебаний физического маятника.

Подвесить физический маятник. Осуществить колебательный процесс. Измерить время t не менее 30 колебаний, где n – число колебаний. Вычислить .

Провести не менее 5 серий измерений. Результаты занести в таблицу. Найти среднее значение и абсолютную и относительную ошибки. Результат записать в виде: , = … %.

Если t – это время 30 колебаний, то n=30, если t – время 31 колебания, то n=31 и т.д.

Измерение времени должно быть максимально точным.

С О С помощью линейки измерить длину

стержня и расстояние от центра масс

стержня С до точки подвеса О. Провести

серию измерений и (не менее 3-х раз).

Результаты занести в таблицу, рассчитать среднее значение, абсолютную и относительную ошибку. Измерить массу стержня m (хотя масса стержня не входит в конечные расчётные формулы, знать m необходимо для квалифицированной оценки полученных результатов).

. Рассчитать период колебаний физического маятника по формуле (2). Найти относительную и абсолютную ошибку для . Полученный результат (, = … %) сравнить с результатом по п. 4.1.

Указание-напоминание к расчётам ошибок.

Если , то (5)

(g= 9,81 и =3,14 – считаем точно известными).

и известны нам со своими ошибками , , и .

Далее =2 ; ; теперь = ; ; выбираем из них бóльшую и считаем = mах (из и ). Далее, находим

, и затем рассчитываем , как показано выше (5), и .

4.3. Определение периода колебаний математического маятника.

Рассчитать приведённую длину по формуле (3), а также абсолютную и относительную ошибки.

Изготовить математический маятник с длиной нити подвеса равной . Подвесить его, запустить колебания и измерив время t не менее 30 колебаний, рассчитывать , где n – число колебаний. Провести не менее 5 серий измерений. Найти среднее значение ., относительную и абсолютные ошибки для . Записать результат в виде , = … %.

Зная , по формуле (4) рассчитать , а также относительную и абсолютную ошибки. Сравнить полученные результаты для и . Сравнить значения и со значениями и по п.4.1. и 4.2. Сравнить изобразить на числовой оси. Полученные результаты проанализировать.

5. Контрольные вопросы:

1. Что называется моментом инерции тела относительно оси вращения? В каких единицах он измеряется?

2. Почему размах колебаний маятников рекомендуется выбирать малым?

3. Оценить g из измерений и .

4. Оцените момент инерции стержня I относительно точки подвеса из измерений , и m.

5. Выработайте рекомендации по повышению точности выполнения данной работы.

Дата добавления: 2015-08-29