Теоретичні відомості та опис приладу

Звіт

 

З лабораторних робіт

з предмету «Фізика»

 

 

Студент _____ курсу, групи_______

 

Спеціальність

_____________________________________________________________

 

______________________________________________________________

(прізвище, ім’я, по-батькові)

 

Прийняв викладач: _____________

 

Кіровоград 2016

 

 

№	Назва лабораторної роботи	Дата виконання	Дата захисту	Оцінка	Підпис викладача	Сторінка звіту
	Визначення прискорення вільного падіння за допомогою оборотного маятника.
	Вивчення коливань фізичного маятника.
	Визначення коефіцієнта динамічної в'язкості.

Перелік лабораторних робіт

Лабораторна робота №1

Вимірювання прискорення вільного падіння за допомогою маятника

 

Мета роботи: визначити прискорення сили тяжіння в даному місці Землі за допомогою маятника.

Обладнання: штатив з муфтою і кільцем; кулька з отвором; нитка; секундомір; вимірювальна лінійка з міліметровими поділками.

Теоретичні відомості

Якщо маятник вивести з рівноваги, виникає сила, яка намагається повернути його в попереднє стійке положення рівноваги D (рис. 1). Ця сила F є рівнодійною двох сил: натягу нитки Т і ваги Р, напрямлених під кутом одна до одної.

Під дією сили F маятник повертається до положення рівноваги, проходить його внаслідок інерції і переходить на другий бік. Далі цей процес повторюється.

Найбільше зміщення маятника від положення рівноваги називається амплітудою коливання. Час повного коливання маятника називається періодом коливання. Теорія дає таку формулу для періоду коливання:

(1)

де Т – період коливання, l – довжина маятника, g – прискорення вільного падіння. З формули (1) можна визначити g:

(2)

Довжину маятника можна виміряти безпосередньо

Тоді

(3)

Хід роботи

1. Зберіть установку як показано на рис. 2.

2. Визначте довжину нитки маятника l₁ за допомогою довгої лінійки, а радіус кулі R – за допомогою штангенциркуля.

3. Обчисліть, чому дорівнює довжина маятника: l = l₁ + R

4. Відхиляємо маятник на невеликий кут (5 – 8 см від положення рівноваги), і відпускаємо його. Якщо коливання відбуваються в одній площині, то, пропустивши декілька коливань, увімкніть секундомір, до того ж саме тоді, коли маятник проходить положення рівноваги. При цьому нитка і око мають бути на одній прямій, перпендикулярній до площини коливання маятника.

5. Відрахувавши N = 20 коливань, зупиніть секундомір і визначте час, протягом якого спостерігалися коливання.

6. Змініть довжину нитки і повторіть дослід чотири рази.

7. За формулою (3) обчисліть прискорення вільного падіння.

8. Обчисліть середнє значення прискорення вільного падіння:

9. Обчисліть абсолютну похибку кожного обчислення:

10. Обчисліть середнє значення абсолютної похибки:

11 Обчисліть відносну похибку вимірювання:

12Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю. Висновок запишіть у вигляді g = (g_cep ± ∆g_cep) м/с² при ε = __ %.

 

 

№п/п	l1, м	R, м	l, м	t, с	g, м/с2	gcep, м/с2	∆g, м/с2	∆gcep, м/с2	ε, %

_______________________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________

Висновки:_______________________________________________________

______________________________________________________________________

 

Підпис студента:________________________

Підпис викладача:________________________

Контрольні запитання

1. Що таке коливання? Які є види коливань?

2. Назвіть характеристики коливань.

3. Що таке частота коливань? Період коливань?

4. За допомогою якого маятника ви визначали прискорення вільного падіння?

5. Який маятник називається фізичним?

6. Як зміниться частота коливань якщо довжину маятника збільшити?

7.Що таке час релаксації?

8.Який зміст добротності коливальної системи?

Лабораторна робота №2

Вивчення затухаючих коливань та визначення логарифмічного декремента затухання коливань фізичного маятника методом порівняння амплітуд.

Мета:Визначити величини для фізичного маятника,побудувати графік затухаючих коливань.

Обладнання: І) фізичний маятник; 2)секундомір; 3) кювета і рідиною.

Теоретичні відомості та опис приладу

У будь-якій реальній коливній системі завжди є сили опору, дія яких приводить до зменшення енергії системи. Якшо втрати енергії не поповнюються за рахунок роботи зовнішніх сил, коливання за­тухають. Розглянемо вільні (або власні) затухаючі коливання. Обмежимось розглядом малих коливань. Тоді і швидкість системи буде малою. При невеликих швидкостях сила опору пропорційна .

,

де — коефіцієнт опору.

Знак мінус зумовлений тим, що F і мають протилежні знаки. Для тіла, що коливається і на яке, крім пружної сили, діє сила опору, запишемо рівняння другого закону Ньютона:

 

 

Введемо позначення .

Тоді

(1)

Масу тіла , коефіцієнт опору і коефіцієнт пружності k ще називають параметрами коливної системи; — власна частота коливань.

При не досить великих затуханнях () закон затухаючих коливань як розв'язок диференційного рівняння (1) має вигляд

, (2)

де — коефіцієнт затухання. Як видно з (2), амплітуда затухаючих коливань змінюється за експоненціальним законом (). З (2) випливає, що відношення амплітуд А₁ і А₂ двох послідовних коливань, відокремлених одне від одного інтервалом часу t=Т, залишається сталим:

.

Тому при дослідженнях затухаючих коливань вводиться величина

, (3)

яку називають логарифмічним декрементом затухання. Отже . За час t, протягом якого амплітуда коливань зменшиться в е разів, система здійснить число коливань . З умови матимемо і

Для характеристики коливної системи часто використовують також величину

(4),

яку називають добротністю. Вона пропорційна числу коливань , що здійснюються системою за проміжок часу, протягом якого амплітуда коливань зменшується в е разів.

Фізичний маятник (рис. 69) являє собою масивний диск 1, підвішений на горизонтальній осі 4, яка розташована над центром його мас. Вісь коливань маятника можна закріплювати в будь-якому місці колони 10. Це закріплення здійснюється за допомогою гвинта 9. Всю у установку складають на масивній основі 7. Для зменшення тертя маятник насаджено на вісь за допомогою підшипника кочення.

 

Хід роботи

1. Гвинтами 5 і 6 та виском 8 встановити маятник у вертикальній плошині.

2. Відхилити маятник від положення рівноваги на невеликий кут (4^о-5^о), який відраховують по шкалі 3 за допомогою стрілки 2. Дати можливість маятнику вільно коливатись.

3. Пропустивши перші 3-5 коливань, пістити в хід секундомір. Виміряти час наступних 15-20 повних коливань, визначити період. Вимірювання повторити не менше трьох разів і обчислити середнє значення повного періоду коливань маятника.

4. Відхиливши маятник знову на 4^о-5^о, відпустити його і виміряти 10-15 послідовних значень амплітуди. Знайдені дані записати у звітну таблицю. Результати вимірювань подати у вигляді графіків та , де t=nT: n – число повних коливань маятника (n=1,2,3,…); T – період коливань.

5. За графіком залежності амплітуд порівнянням визначити логарифмічний декремент затухання коливань так: .

6. Знаючи , за формулою (3) визначити коефіцієнт затухання коливань системи .

7. За відомими значеннями розрахувати коефіцієнт опору.

8. За формулою (4) обчислити добротність коливної системи.

9. На основу маятника 7 поставити кювету з рідиною (вода, гліцерин тощо) і занурити маятник у рідину приблизно на 1/3 його діаметра.

Провести вимірювання та розрахунки, аналогічні до зазначених у пп. 1-8.

Графіки залежностей і для випадку коливання фізичного маятника у повітрі та у рідині побудувати в одному масштабі на одних координатних осях.

10. Дати порівняльний аналіз результатів.

11. Підрахувати похибки вимірювань.

t(с)	T(с)	A	ln A	λ	β	δ	Ԛ

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Висновки:_______________________________________________________

_________________________________________________________________

____________________________________________________________________

Підпис студента:________________________

Підпис викладача:________________________

Контрольні запитання.

1. Що таке затухаюче коливання?

2. Які величини називають параметрами коливної системи?

3. Що таке логарифмічний декремент затухання коливань?

4. Що таке коефіцієнт затухання коливань?

5. Сформулюйте закон зміни амплітуди у випадку затухаючого коливання.

6. Що таке добротність коливної системи?

Лабораторна робота № 3