Порядок виконання роботи. 1 Підключити електронний секундомір до джерела живлення

1 Підключити електронний секундомір до джерела живлення. Встановити диск 1 фізичного маятника (рис. 5.1.1) так, щоб його площина була паралельною площині руху.

2 Змістити маятник від положення рівноваги і визначити за шкалою 5 (рис. 5.1.1) початкову амплітуду .

3 Відпустити маятник, який почне виконувати загасальні коливання. Одночасно ввімкнути електронний секундомір.

4 Після того як маятник виконає N = 30 повних коливань, зупинити електронний секундомір. Визначити час , який пройшов з моменту початку коливань. За шкалою 5 (рис. 5.1.1) визначити амплітуду коливань . Записати ці результати у табл. 5.1.1.

5 Повторити експеримент, що описаний у пп. 2–4, ще чотири рази. Взяти до уваги, що в кожному з експериментів початкова амплітуда коливань повинна бути однаковою. Записати отримані результати у табл. 5.1.1.

6 Визначити середнє значення амплітуди та її похибку , використовуючи відповідні формули для прямих вимірювань:

,

,

. (5.1.11)

У цих формулах є випадковою похибкою вимірювань, – похибка приладу (вона дорівнює у цій лабораторній роботі половині поділки шкали 5). Результат записати у табл. 5.1.1.

7 Визначити середнє значення часу та його похибку , використовуючи відповідні формули для прямих вимірювань (аналогічні до формул (5.1.11)). Взяти, що похибка приладу електронного секундоміра дорівнює 0,01 с. Результат записати у табл. 5.1.1.

8 За допомогою формули (5.1.6) визначити середнє значення періоду загасальних коливань < T > та його похибку . Результат записати у табл. 5.1.2.

Таблиця 5.1.1

9 За допомогою формули (5.1.8) визначити середнє значення логарифмічного декременту згасання . Для визначення його похибки використати формулу

. (5.1.12)

Похибка дорівнює похибці приладу (половина ціни поділки шкали 5, рис. 5.1.1). Результат записати у табл. 5.1.2.

10 За допомогою формули (5.1.5) визначити середнє значення добротності . Похибку знайти за формулою

. (5.1.13)

Результат записати у табл. 5.1.2.

Таблиця 5.1.2

11 Середнє значення коефіцієнта згасання знайти з формули (5.1.9), похибку – з формули

. (5.1.14)

Результат записати у табл. 5.1.2.

12 Середнє значення власної частоти коливань визначити зі співвідношення (5.1.10), похибку – з формули

. (5.1.15)

Результат записати у табл. 5.1.2.

13 Повернути площину диска 1 фізичного маятника ( рис. 5.1.1) на 90^о (площина диска повинна бути перпендикулярною до площини його руху). Виконайте дії пп. 2–12. Результати записати у табл. 5.1.3 та 5.1.4.

Таблиця 5.1.3

Таблиця 5.1.4

14 Вимкнути електронний секундомір.

15 За результатами роботи зробити висновки, в яких навести результати вимірювань періоду загасальних коливань, логарифмічного декременту згасання, добротності, коефіцієнта згасання, частоти власних коливань для двох положень диска фізичного маятника. З’ясувати, чи збігаються значення власної частоти коливань фізичного маятника, які отримані для різних положень площини диска.

Контрольні питання[20]⁾

1 Гармонічні коливання та їх характеристики. Диференціальне рівняння гармонічних коливань. Зміна енергії при гармонічному коливанні.

2 Періоди коливань фізичного, математичного та пружинного маятників.

3 Електричний коливальний контур. Частота коливань.

4 Метод векторних діаграм. Додавання двох гармонічних коливань одного напрямку й частоти.

5 Биття.

6 Додавання взаємно перпендикулярних коливань. Фігури Ліссажу.

7 Диференціальне рівняння загасальних коливань.

8 Розв’язання диференціального рівняння загасальних коливань. Коефіцієнт згасання, декремент згасання, логарифмічний декремент згасання, добротність.

9 Диференціальне рівняння вимушених коливань та його розв’язання.

10 Резонанс. Резонансна частота.

11 Закон Ома для змінних струмів. Імпеданс. Ємнісний та індуктивний опори.

12 Описати основі етапи виконання лабораторної роботи.

13 Довести співвідношення (5.1.12).

14 Довести співвідношення (5.1.13).

15 Довести співвідношення (5.1.14).

16 Довести співвідношення (5.1.15).

17 Зобразити схему експериментальної установки та пояснити принцип її роботи.

5.2 Лабораторна робота
«Вивчення вимушених коливань. Резонанс»

Мета роботи: 1) експериментально вивчити явище вимушених коливань та резонансу; 2) визначити коефіцієнт згасання, логарифмічний декремент згасання, добротність.

Обладнання: 1) маятник-резонатор із демпфувальним диском; 2) маятник, що створює вимушені коливання; 3) секундомір; 4) шкала.