Лабораторная работа Тема: Определение периода колебаний нитяного маятника. Определение ускорения свободного падения с помощью маятника.

Государственное автономное профессиональное образовательное

учреждение

Саратовской области

«Саратовский техникум отраслевых технологий»

Лабораторная работа по теме:

«Определение периода колебаний нитяного маятника. Определение ускорения свободного падения с помощью маятника»

Колебания и волны, 2 курс.

Подготовила:

преподаватель физики ГАПОУ СО «СТОТ»

С.Р. Соляник.

г.Саратов

2018г

Лабораторная работа

Тема: Определение периода колебаний нитяного маятника. Определение ускорения свободного падения с помощью маятника.

Цель: изготовить нитяный маятник; проверить опытным путем справедливость формулы Гюйгенса; с помощью маятника определить ускорение свободного падения.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, небольшой металлический шарик с петлей, нить длиной один метр, измерительная лента, секундомер.

Теоретические сведения:

Механические колебания – это движения, которые точно или приблизительно повторяются через одинаковые промежутки времени.

В данной работе мы будем изучать свободные механические колебания.

Свободные колебания – это колебания, происходящие под действием только внутренних сил системы и возникающие в системе после того, как она была выведена из положения равновесия и предоставлена сама себе.

Система тел, в которой могут возникнуть свободные колебания, называют колебательной системой.

Колебательное движение характеризуют следующие физические величины: координата (смещение), скорость и ускорение, если при колебаниях в системе данные величины повторяются через равные промежутки времени, тогда они называются периодическими колебаниями и если они меняются по закону синуса или косинуса, то такие колебания называют гармоническими.

Период колебаний – это физическая величина, равная минимальному интервалу времени, за которое система возвращается в исходное положение (происходит одно полное колебание). Единица периода колебаний в системе СИ – секунда (с).

В работе рассматривается движение тела, которое можно считать математическим маятником.

Математический маятник – это физическая модель, представляющая собой материальную точку, которая подвешена на невесомой, нерастяжимой нити и совершает колебания под действием силы тяжести.

Для того, чтобы размеры шарика не влияли на характер его колебаний, следует взять подвес, длина которого намного больше диаметра шарика, тогда шарик можно считать материальной точкой. При этом нить должна быть легкой, а шарик во время колебаний все время находится на одинаковом расстоянии от точки подвеса, то данный маятник может считаться математическим. Колебания маятника являются гармоническими. Формула Гюйгенса для периода колебаний математического маятника имеет вид:

.

Период колебаний математического маятника не зависит от его массы, определяется лишь длиной нити и ускорением свободного падения в том месте, где находится маятник.

Подготовка к эксперименту

Соберите установку с нитяным маятником. Для этого: установите штатив на краю стола и с помощью муфты закрепите на штативе кольцо; один коней нити прикрепите к шарику, другой - к кольцу на штативе, длина нити должна быть около метра.

Эксперимент

Первая часть. Определение периода колебаний нитяного маятника.

1. Измерьте длину нити

2. Отклоните маятник от положения равновесия на 5 -8 см и отпустите

3. Измерьте промежуток времени , за который маятник совершит 20 колебаний.

4. Повторите опыт еще два раза, каждый раз укорачивая нить на 10 см.

5. Результаты измерений заносите в таблицу.

Таблица

Обработка результатов эксперимента

1. Для каждого опыта:

1. Вычислите периоды колебаний маятника двумя способами:

по определению периода:

по формуле Гюйгенса:

1. Оцените относительную погрешность эксперимента для каждого опыта отдельно:

1. Завершите заполнение таблицы № 1.

Вторая часть. Определение ускорения свободного падения с помощью маятника.

1. Для каждого опыта вычислите ускорение свободного падения по формуле:

1. Определите среднее значение ускорение свободного падения, полученное по результатам трех опытов:

1. Оцените относительную погрешность эксперимента, воспользовавшись формулой:

.

1. Результаты занесите в таблицу № 2.

Анализ эксперимента и его результатов.

Проанализируйте эксперимент и его результаты. Сделайте вывод, в котором укажите, какие величины вы измеряли, каковы результаты измерений, зависит ли измеренные величины от длины нити, в чем причина погрешности.

Контрольные вопросы:

1. Какие движения называют колебательными?

2. Какие колебания называют гармоническими?

3. При каких условиях тело, подвешенное на нити, можно считать математическим маятником?

4. При каких условиях колебания математического маятника будут гармоническими?