Лабораторная работа по теме: «Измерение ускорения свободного падения при помощи маятника»

Лабораторная работа №9

Тема: «Измерение ускорения свободного падения при помощи маятника»

Цель: вычислить ускорение свободного падения из формулы для периода колебаний математического маятника.

Необходимо знать: понятие математического маятника; формулы, описывающие колебания

математического маятника.

Необходимо уметь: работать с приборами, делать выводы на основе экспериментальных данных, определять погрешность измерений.

Оборудование: часы с секундной стрелкой (или секундомер), измерительная лента, шарик с отверстием, нить, штатив с муфтой и кольцом.

Теоретические сведения

Математическим маятником называют идеализированную систему, состоящую из невесомой и нерастяжимой нити, на которой подвешена масса, сосредоточенная в одной точке, и совершающую под действием силы тяжести гармонические колебания в вертикальной плоскости. При малых размерах шарика по сравнению с длиной нити и небольших отклонениях от положения равновесия период колебания выражается формулой:

Т = 2π .

Из данной формулы выражаем ускорение свободного падения

g = ·l ,

где g – ускорение свободного падения (м/с²);

π = 3,14;

l = длина нити (м);

N – число колебаний за время t.

Из последней формулы видно, что для определения ускорения свободного падения необходимо знать длину маятника и период его колебаний. Длину маятника можно измерить непосредственно с помощью линейки, а период колебаний можно определить по формуле

Тср. = ,

где N – число колебаний за время t, измеренное с помощью секундомера.

Тогда для определения ускорения свободного падения получим следующую формулу:

g_ср. = ·

Ход работы

1. На краю стола устанавливаем штатив. У его верхнего конца укрепляем при помощи муфты кольцо и к нему подвешиваем шарик на нити.

2. Шарик отклоняем в сторону на 5 см и отпускаем.

3. Замеряем время (t) 20 полных колебаний (N).

4. С помощью мерной ленты замеряем длину маятника.

5. Не изменяя условий опыта, повторяем измерения за время t. Опыт проводим 3 раза.

6. Результаты измерений и вычислений заносим в таблицу.

7. Пользуясь расчетной формулой вычисляем значение gср.

8. Вычислить точность проведенного измерения.

Относительная погрешность измерения равна:

ε_g = · 100%

где g =9,8 (м/с²).

Сделайте вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы

1. Что такое математический маятник?

2. Какие колебания называют свободными?

3. Что такое период колебаний?

4. Какие колебания называются гармоническими?

5. В чем заключается явление резонанса?

Литература

1. Дмитриева В. Ф. Физика для профессий и специальностей технического профиля: учебник для образовательных учреждений начального и среднего профессионального образования. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 448с.

2. Мякишев Г. Я. Физика: Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. – М.: Просвещение, 2005. – 366с.