Описание установки. Физический маятник представляет собой твердое тело, в нашем случае – стержень 12, с отверстиями, который монтируется на блоке 11

Физический маятник представляет собой твердое тело, в нашем случае – стержень 12, с отверстиями, который монтируется на блоке 11, закрепленном на стойке 10 модуля ЛКМ-3 так, чтобы ось блока не проходила через центр масс (рис. 3). В этом случае стержень может совершать колебания в поле силы тяжести. На оси стержень закрепляют пластиковым фиксатором 13.

Рис. 3. Физический маятник на модуле ЛКМ-3

Задание I.Измерение ускорения свободного падения

1. Подготовьте измерительную систему ИСМ–1 к работе: подключите датчик угла поворота блока к разъему 1 на задней стенке прибора, переключатель 1 поставьте в положение «К1», переключатель 4 – в положение «2», переключатель 5 – в положение «цикл», переключатель 8 – в положение «+» или «–» , переключатель 9 – в среднее положение. Включите питание модуля.

2. Закрепите стержень на оси блока за крайнее отверстие так, чтобы прорезь в блоке находилась вблизи нулевого деления шкалы. Примите это положение маятника за начальное х = 0. Приведите маятник в колебательное движение с амплитудой

(5 ÷ 10)°. Считайте с измерителя периода колебаний время одного полного периода Т. Данные занесите в табл. 1.

3. Переместите маятник на одно отверстие (Δ x = 20 мм) и проведите аналогичные измерения периода колебаний для всех отверстий стержня.

4. Постройте график зависимости периода колебаний физического маятника Т от координаты точки подвеса х.

Таблица 1

5. На графике (см. рис. 2)найдите расстояние между точками маятника x₁и x₂ , cоответствующими одинаковому периоду колебаний (x₂ – x₁ = L_np) в трех пяти местах графика. Заполните табл. 2.

Таблица 2

6. Рассчитайте ускорение свободного падения по формуле (15).

7. Рассчитайте абсолютную и относительную погрешность измерений g.

Запишите результат в стандартном виде

g = (< g > ± Δg) (м/с²) , ε = ... % при α= 0,95 .

ЗаданиеII.Исследование ангармонических колебаний

1. Закрепите стержень на оси за второе отверстие (х = 2 см). Поставьте переключатель 5 в положение «однокр». Нажмите кнопку 7 «готов». Отведите маятник на угол 10 и плавно отпустите его. Считайте показания измерителя периода колебаний Т. Данные занесите в табл. 3.

Таблица 3

2. Повторите измерения периода колебаний, изменяя амплитуду колебаний φ_m в пределах от 10° до 90° с шагом в 10⁰-20⁰

3. Постройте график зависимости периода колебаний Т от амплитуды колебаний φ_m.

Контрольные вопросы

1. Получите уравнение гармонических колебаний для случая колебаний груза на пружинке. Дайте определение параметрам колебательного движения: смещению из положения равновесия, скорости и ускорению материальной частицы. Запишите закон изменения кинетической, потенциальной и полной энергии частицы?

2. Получите уравнение колебаний математического и физического маятников. Запишите выражения для периода, частоты колебаний и приведенной длины физического маятника.

3. В чем состоит особенность оборотного физического маятника. Можно ли использовать произвольный физический маятник для определения ускорения свободного падения?