Вывод:…………………………………………………………………………………………
2.2. Зависимость углового ускорения от момента инерции при M = const
Таблица 2
h = … м
m = …кг
R = … м
М = …Нм
t1,
c
t2,
t3,
a,
м/с2
,
с-1
J,,
кгм2
J-1,,
(кгм2)-1
r =… м
Вывод: ………………………………………………………………………………………………
Дополнительная проверка достоверности результатов
Момент силы трения: По результатам задания 1 Мтр=
По графику 1 Мтр=
Комментарии:
Момент инерции системы: По результатам вычислений J =
По графику 1 J =
Момент силы: По результатам вычислений М =
По графику 2 М =
Лабораторная работа №3
ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ
Цель работы:
Углубить знания по теории гармонических колебаний; освоить методику экспериментальных наблюдений и проверить законы незатухающих гармонических колебаний на примере математического, крутильного или физического маятников; закрепить навыки обработки, оформления и представления экспериментальных результатов.
Часть I. Математический маятник
1.1. Теоретическая часть
Маятник - тело, совершающее колебательное движение под действием упругой или подобной ей, «квазиупругой» силы. Простейший маятник - массивный груз на подвесе, находящийся в поле силы тяжести. Если подвес нерастяжим, размеры груза пренебрежимо малы по сравнению с длиной подвеса и масса нити пренебрежимо мала по сравнению с массой груза, то груз можно рассматривать как материальную точку, находящуюся на неизменном расстоянии l от точки подвеса О. Такой маятник называется математическим.
На груз действуют силы: натяжения нити и тяжести , которые в положении равновесия (точка С, рис.1) компенсируют друг друга . Для возбуждения колебаний маятник выводят из положения равновесия, например, в точку С`. Теперь на него действует сила , направленная к положению равновесия и пропорциональная смещению, маятник обладает избыточной потенциальной энергией mgh по отношению к положению равновесия. Эта энергия обуславливает колебание, происходящее по дуге окружности и описываемое основным уравнением динамики вращательного движения
, (1)
где - результирующий вращающий момент, модуль этого вектора равен ; - угловое ускорение, J = ml2 - момент инерции груза относительно оси ОО, проходящей через точку подвеса О, перпендикулярно плоскости колебаний (плоскости чертежа).
Дифференциальное уравнение колебаний математического маятника в отсутствии сил сопротивления имеет вид
, (2)
откуда получаем
(3)
Для достаточно малых углов (5-6) sin (в радианах), тогда
, (4)
где .
Уравнение (4) представляет собой однородное дифференциальное уравнение второго порядка. Его решением является функция
, (5)
где 0 - амплитуда, 0 - начальная фаза. В этом можно убедиться, подставив (5) в (4).
Из (5) следует, что угол отклонения маятника из положения равновесия изменяется по гармоническому закону. Величина является циклической частотой собственных колебаний маятника, тогда величина
(6)
- период колебаний математического маятника.1
Из выражения (6) следуют три закона колебаний математического маятника:
При малых углах отклонения (sin или 60) и в отсутствие сторонних сил
период колебаний не зависит от массы маятника;
период колебаний не зависит от амплитуды;
период колебаний определяется формулой .
Две из этих закономерностей подлежат проверке в данной работе.
1.2. Экспериментальная часть
Используемый в работе маятник представляет собой модель математического маятника - груз, подвешенный на тонкой нити. В работе используются не менее трех грузов, размеры которых значительно меньше длины нити (примерно как 1:50) и которые существенно отличаются по массе (примерно как 1:2:4), но близки по форме и размерам, чтобы силы сопротивления, возникающие при их движении, были примерно одинаковыми. Следует помнить, что длина маятника - это расстояние от точки подвеса до центра массы груза. Начальный угол отклонения маятника из положения равновесия не следует брать больше, чем 10-15.
Задание 1. Проверка влияния массы математического
маятника на период его колебаний
1. Закрепив тело на подвесе, измеряют время 10 - 20 полных колебаний при возможно большей длине маятника. Повторяют измерения для других грузов. Данные заносят в таблицу 1.1 отчета.
2. Вычисляют период колебаний с точностью до 0,001 секунды.
3. Вычисляют оценочно относительную инструментальную погрешность измерений .
4. Сравнивают периоды колебаний. Если различие в периоде колебаний не превышает 1% (приблизительно 0,01 с), то можно сделать вывод о практической независимости периода колебаний математического маятника от его массы.
Задание 2. Изучение зависимости периода колебаний
математического маятника от его длины
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11