|
Лабораторная работа.
Определение ускорения свободного падения посредством математического маятника.
Цель работы: определить ускорение свободного падения в поле тяготения Земли методом математического маятника.
Приборы и принадлежности: 1.Прибор FPM-07
2.Линейка с миллиметровыми делениями.
I. ТЕОРИЯ
1. Описание установки.
Универсальный маятник FPM-07 предназначен для исследования законов, по которым происходит колебательное движение математического маятника и определения значения земного ускорения. Принцип работы прибора основан на физических законах, определяющих колебания математического маятника, применимых при отклонениях маятника от положения равновесия (не более 6 – 7 градусов).
А) Устройство установки.
Рис. 1. Математический маятник FРM-07. Общий вид.
Общий вид математического маятника представлен на рисунке 1.
Основание (1) оснащено регулируемыми ножками(2), которые позволяют произвести выравнивание прибора. В основании закреплена колонка (3), на кото-рой зафиксирован верхний верхний кронштейн (4) и нижний кронштейн (5) с фотоэлектрическим датчиком (6).
Нижний кронштейн вместе с фотодатчиком фиксируется так, чтобы стержень, прикрепленный к шарику, перекрывал линию луча. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком можно перемещать вдоль колонки и фиксировать в произвольно избранном положении. Фотоэлектрический датчик соединен разъемом с привинченным к основанию универсальным миллисекундомером FPM-14 (8).
В ид лицевой панели миллисекундомера FPM-14 показан на рис.2.
На лицевой панели универсального миллисекундомера находятся следую-щие манипуляционные элементы:
/СЕТЬ/ - включатель сети. Нажатие этой клавиши включает питающее напряже-ние. Визуально это объявляется свечением цифровых индикаторов (высвечиваю-щих.цифры "нуль") и свечением лампочки фотоэлектрического датчика.
/СБРОС/ - установка нуля измерителя. Нажатие этой клавиши вызывает сброс схем миллисекундомера и генерирование сигнала разрешения на измерение.
/СТОП/- окончание измерения. Нажатие клавиши вызывает генерирование сигнала разрешения на окончание процесса подсчета.
Б) Диапазоны измерения и погрешности измерения :
-максимальное количество измеряемых колебаний маятника ...... 99
-диапазон измеряемого времени 1-99999мс
-рабочая погрешность измерения времени, не больше ....... 0,02%
Питание прибора от переменного напряжения ....
2. Теория метода
Период колебаний математического маятника находится по формуле:
 , (1)
где L – расстояние от точки подвеса до центра тяжести системы шарик-нить,
g – ускорение свободного падения в данной точке на поверхности Земли.
=3,14.
Из формулы (1) можно определить g.
 (2).
Таким образом, для определения ускорения свободного падения по формуле (2) достаточно знать L и g.
а) Измерение длины маятника.
Если учесть, что масса нити очень мала в сравнении с массой шарика, то центр тяжести системы шарик-нить находится в геометрическом центре шарика, то есть
 , (3)
где Z – длина нити подвеса (расстояние от точки подвеса до верхнего края шарика) ;
r – радиус шарика, r = d/2 , где d – диаметр шарика, определяемый при помощи штангенциркуля.
Т.к. измеряется период времени 50 колебаний, то период колебаний Т находится по формуле:  .
Все измерения проделать не менее трех раз и результаты измерений занести в таблицу.
!!! Не забывайте, что результаты косвенных измерений мы рассчитываем по формулам, используя средние значения, полученных прямых измерений, и заносим в таблицу только один раз.
Погрешности косвенных измерений рассчитываются по формулам, которые предлагается вывести самостоятельно.
№
|
Z,
м
|
Z,м
|
r,м
|
rм
|
L,
м
|
t,
с
|
t,
c
|
T,
c
|
T,
c
|
g,
м/с2
|
g,
м/с2
|
(g/g)100%
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cp
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Методика выполнения работы
1. Проверить вертикальность установки колонки.
2. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком установить в нижней части колонки, обращая внимание на то, чтобы верхняя часть кронштейна показывала на шкале длину не меньше 50 см.
3. Зафиксировать фотоэлектрический датчик в избранном положении.
4. Включить сетевой шнур установки в питающую сеть.
5. Нажать переключатель СЕТЬ, проверяя, все ли индикаторы измерителя показывают цифру "нуль" и горит ли лампочка фотоэлектрического датчика.
6. Привести математический маятник в движение, отклоняя его на 6-7 градусов от положения покоя.
7. Нажать клавишу СБРОС
8. После подсчёта измерителем 49 колебаний нажать клавишу - СТОП, записать показания миллисекундомера и счетчика периодов.
Контрольные вопросы:
1.Какие колебания совершает математический маятник?
Почему угол отклонения подвеса должен быть не больше 6-7 градусов?
3.В каких точках земной поверхности ускорение свободного падения g максимально, в каких минимально?
4.Чему равно ускорение свободного падения в центре Земли?
Распишите силы, действующие на математический маятник, и выведите формулу (1).
При каких условиях справедлива формула (1)?
Рекомендуемая литература
1. Е.М. Гершензон и др. Курс общей физики. –М.: Просвещение, 1981.
:2. Александров Н.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. М., Просвещение, 1978, с. 82-93.
3. Архангельский М.М. Курс физики. Механика. 1975. гл.4, § 3-6.
Do'stlaringiz bilan baham: | 
