К оформлению результатов. 3.1 Перед занятием необходимо законспектировать следующий теоретический материал:

3.1 Перед занятием необходимо законспектировать следующий теоретический материал:

- для неинженерных специальностей: /1/ С.39-41, 88-91, 96-99;

- для инженерных специальностей: /2/ С.46-51, 255-261; /3/ С. 168-172, 181-185, 190-197.

Занести в конспект методику выполнения работы, необходимые таблицы и формулы (разделы 2, 3).

3.2 Установить чечевицу 2 на нулевое деление шкалы 1 (x = 0).

3.3 Подвесить маятник в опорных канавках 4 на кронштейне, на ребре В призмы 7.

3.4 Отклонить маятник от вертикали на 4°¸5°, одновременно отпустить маятник и включить секундомер. Измерить время z = 10 полных колебаний маятника и вычислить период колебаний относительно ребра B: T_В = t_В / z. Результат занести в таблицу 2.

3.5 Снять маятник и установить его на призму 3.

3.6 Отклонить маятник от вертикали на угол 4°¸5°, одновременно отпустить маятник и включить секундомер.

Измерить время z = 10 полных колебаний маятника и вычислить период колебаний относительно ребра А по формуле T_А = t_А / z.

3.7 Установить подвижную чечевицу 2 на положения x = 2; 4; 6; 8; 10; 12; 14; 16; 18 см, передвигая ее по стержню.

Для каждого значения x определить периоды колебания T_А и T_В.

3.8 На миллиметровой бумаге построить график зависимости T_А от x, на этой же координатной плоскости построить график зависимости T_В от x (рисунок 3). Графики пересекутся в некоторой точке с координатами D (x₀; T₀).

Поскольку точка D является общей для обоих графиков, то при значении x₀ периоды колебаний в обоих случаях получаются примерно одинаковыми T_А » T_В = T₀ .

3.9 Проверить равенство периодов экспериментально. Для этого установить подвижную чечевицу 2 в положение x₀ и еще раз определить значения времен t_А и t_В при z=10 колебаниях. Сравнить периоды T_А = t_А/z и T_В = t_В/z .

Рисунок 3 Графики зависимостей T_А и T_В от расстояния х

3.10 Если выполняется условие T_А » T_В , тогда по формуле (10) найти значение ускорения свободного падения тел `g.

3.11 Вычислить относительную погрешность величины g по формуле

, (11)

Здесь в качестве DT следует взять инструментальную погрешность DT_инс секундомера. Для ее расчета учтем, что

, (12)

значит , а так как Δz=0, то DT_инс = . Подставляя (12), получим

DT = DT_инс =

(для секундомера Dt_инс = c / 2 , c – цена деления).

3.12 Выразить абсолютную погрешность Dg =`g× e_g. Окончательный результат эксперимента записать в выводах как

g = `(g ± Dg) м/с².

Таблица 1 Табличные и однократно измеренные величины

Таблица 2 Экспериментальные и расчетные величины

3.13 Определить положение центра масс С оборотного маятника. Для этого снять маятник с кронштейна, положить его на балансировочную призму и найти точку равновесия.

Линейкой измерить расстояния l₁ и l₂ от центра масс маятника C до ребер A и B на опорных призмах 3 и 7.

3.14 Вычислить моменты инерции J_А и J_B относительно ребер А и В по формулам

и , (13)

где m – общая масса оборотного маятника указана в таблице 1;

значения T_А и T_В известны для положения x₀ подвижной чечевицы : T_А » T_В = T₀ .

3.15 Определить относительные погрешности J_А и J_B.Из (12) следует, что, например, для J_А

.

Упростим данную формулу, предположив, что относительные погрешности измерений длин равны: . Сравнив это выражение с формулой (11), заменим последние три слагаемые под знаком квадрата

,

в результате получим , или:

_.

3.16 Абсолютные погрешности рассчитать по формулам

DJ_A =``J<sub>A</sub> × e<sub>J</sub> , DJ<sub>B</sub> =``J_B × e_J .

3.17 Окончательный результат определения моментов инерции представить в выводах в виде

J_A =``J<sub>A</sub> ± DJ<sub>A</sub> и J<sub>B</sub> =``J_B ± DJ_B .

Контрольные вопросы

4.1 Сформулировать и объяснить закон всемирного тяготения.

4.2 Как электрически нейтральные тела с массами m₁ и m₂ взаимодействуют на расстоянии, без непосредственного контакта друг с другом?

4.3 Можно ли ввести какие-либо характеристики физических свойств поля тяготения (гравитационного поля) аналогично как для электрического, магнитного полей?

4.4 По какой причине тела падают на Землю с ускорением? Как это объяснить физически?

4.5 Почему все тела при свободном падении на Землю имеют одинаковые ускорения независимо от их масс? Связано ли это явление как-нибудь со вторым законом Ньютона?

4.6 Что называется физическим маятником, математическим маятником?

4.7 Можно ли назвать колебания физического маятника гармоническими?

4.8 Какая сила вызывает колебания физического маятника?

4.9 Можно ли моделировать математически колебания физического маятника?

4.10 Каким уравнением описывается закон изменения угла поворота физического маятника в зависимости от времени?

4.11 Какова зависимость угловой частоты и периода колебаний физического маятника от его физических характеристик?

4.12 Где применяются физические маятники в практике?