Опис вимірювальної установки

Установка для визначення прискорення сили тяжіння g за допомогою математичного маятника показана на рис.10.1 На масивній основі 1 закріплено стійку 2 зі шкалою. В верхній частині стійки розміщується кронштейн 3, до кінця якого прив’язана нитка 4 з металевою кулькою 5. Нульова відмітка шкали знаходиться на одному рівні з кінцем кронштейна 3 (з точкою підвісу нитки). Таким чином, довжину нитки можна визначити безпосередньо по шкалі. Намотуючи нитку на кронштейн, можна зменшувати довжину маятника.

Фізичний маятник, момент інерції якого треба визначити в даній лабораторній роботі, являє собою сталевий стержень 1 (рис.10.2) довжиною l і сталим по довжині поперечним перерізом S.

Вісь 2, відносно якої визначається момент інерції маятника, перпендикулярна стержню і розміщена на деякій відстані х від центру тяжіння стержня. Маятник має можливість робити коливні рухи в вертикальній площині під дією сили тяжіння відносно осі 2, яка лежить на призматичній опорі.

Порядок виконання роботи

1. Визначення прискорення сили тяжіння за допомогою математичного маятника

1. Не допускаючи паралакса, виміряти довжину маятника. Вимірювання проводяться в такій послідовності. Один із катетів прямокутного трикутника притискують до шкали так, щоб другий катет став на рівні центру тяжіння кульки. Значення довжини маятника буде відповідне значенню шкали установки в місці знаходження вершини прямого кута трикутника.

2. Вивести маятник із положення рівноваги (амплітуда коливання маятника повинна бути малою в порівнянні з її довжиною.

3. За допомогою секундоміра визначити час t п’ятдесяти коливань маятника. Обчислити період коливання

.

4. Дослід проводять до чотирьох значень Т, зменшуючи або збільшуючи кожного разу довжину нитки маятника на 10 см.

5. Обчислюють Т².

6. Будують на міліметровому папері графік . Графік будується в такій послідовності. Як видно з формули (10.4)

,

тобто залежність лінійна (графік − пряма лінія).

По п’яти точках, отриманих експериментально, проводиться пряма лінія таким чином, щоб кількість точок з двох сторін від прямої була приблизно однакова (рис.10.3).

7. Визначити − тангенс кута нахилу прямої . Слід мати на увазі, що − це не геометричний тангенс кута, а "фізичний".

На прямій беруть дві точки 1 та 2, тоді

.

8. Обчислити g, використовуючи формулу (10.4):

.

2. Визначення моменту інерції фізичного маятника

1. Виміряти за допомогою лінійки довжину l фізичного маятника (стержня) з точністю до 0,5 мм. Значення маси стержня т вказано на лабораторній установці.

2. Визначити х − відстань від вісі обертання до центру тяжіння стержня. З рис.10.2 видно, що , де а – відстань від вісі обертання до кінця стержня.

3. Встановити маятник на опорі. Вивести його з положення рівноваги. Кут відхилення маятника від положення рівноваги не повинен перевищувати 5...7°.

4. Користуючись секундоміром, визначити час t₁ п’ятдесяти коливань маятника. Повторити дані вимірювання 3 рази. 0бчислити середнє значення

.

5. Визначити період коливань Т.

6. Обчислити момент інерції фізичного маятника І.

7. Визначити абсолютну Δ І та відносну σ похибки.

Контрольні запитання та завдання

1. Що таке математичний маятник?

2. Що назнається фізичним маятником?

3. Що таке приведена довжина фізичного маятника?

4. Як залежить прискорення сили тяжіння від висоти над поверхнею Землі, від географічних координат місцевості?

Лабораторна робота № 1-11