IV. Выполнение работы. Часть 1. Определение жесткости пружины статическим способом

Часть 1. Определение жесткости пружины статическим способом

1. Вставить пружину в держатель.

2. С помощью угольника и миллиметровой шкалы измерить координату нижнего конца пружины х₀ с точностью до 1 мм. Результат записать в табл.1.

3. К нижнему концу пружины подвесить один грузик. Измерить координату нижнего конца пружины х₁.

4. Аналогичные измерения провести с двумя, тремя и т.д. грузами. Результаты х₁, х₂, х₃, х₄ и т.д. записать в ту же таблицу.

5. В эту же таблицу записать соответствующие силы упругости, которые рассчитываются по формулам: F₁ = m₁g; F₂ = m₂g и т.д., где m₁ – масса одного груза, m₂ – масса двух грузов и т.д.

6. По формуле определить коэффициент упругости для каждой из сил.

7. Найти среднее значение k_ср1.

Таблица 1

х₀ = ________ (м)

Сила упругости Fi	Н
Координата конца пружины xi	м
Абсолютная деформация пружины Δх = хi – х0	м
Коэффициент упругости ki

8. По данным таблицы построить график зависимости F(Δx), откладывая по оси абсцисс деформацию Δх в метрах, а по оси ординат F в Ньютонах.

9. Определить жесткость пружины k графическим способом, как тангенс угла наклона на графике F(Δx). Сравнить это значение с k_ср1.

Часть 2. Определение жесткости пружины динамическим способом

1. К нижнему концу пружины подвесить груз массой m₁.

2. Вывести систему из положения равновесия – оттянуть груз вниз на 3-4 см и отпустить.

3. Измерить время t, за которое совершится n = 20 – 30 колебаний.

4. Период собственных колебаний определить по формуле Т =

5. Опыт повторить три раза. Результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2

Масса грузов		m1 = 0,4 кг	m2 = 0,6 кг
Число колебаний n
Время t	c
Период колебаний Т	c
Тср	c
k

6. Подвесить на пружину груз массой m₂. Проделать для него действия, описанные в п. 2 -5.

7. Из трёх периодов колебаний каждого груза найти среднее. Убедиться, что Т зависит от массы грузов.

8. По формуле (19) определить коэффициент упругости пружины для каждого Т_ср. Из них найти среднее значение k_ср2.

9. Сравнить полученное значение k_ср2 со значениями, полученными в 1 задании k_ср1. Определить абсолютную и относительную погрешности.

V. Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Краткое описание работы.

2. Расчетные формулы.

3. Экспериментальные данные.

4. Таблицы. График F(Δх).

5. Расчеты коэффициента упругости и погрешностей.

6. Выводы.

VI. Контрольные вопросы

1. Какое движение называется колебательным?

2. Какие колебания называются собственными, гармоническими?

3. Что такое амплитуда, частота, период, циклическая частота колебаний? Какова связь между ними?

4. Напишите дифференциальное уравнение собственных колебаний.

5. Докажите, что собственные колебания являются гармоническими.

6. Напишите выражение скорости V, ускорения а собственных колебаний.

7. Напишите формулу периода собственных колебаний пружинного маятника.

8. Какие силы называются квазиупругими?

9. Напишите уравнение гармонического колебания движения с амплитудой 5 см, если за время 1 мин. совершается 150 колебаний и начальная фаза равна π/4.