Цель работы: знакомство с методом определения ускорения силы тяжести при помощи физического маятника

Лабораторная работа № 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ШЕСТИ ОБОРОТНЫМ МАЯТНИКОМ

Цель работы: знакомство с методом определения ускорения силы тяжести при помощи физического маятника.

 

Приборы и принадлежности: оборотный маятник, подставка с призмой, секундомер, метровая линейка или рулетка.

 

ОПИСАНИЕ ПРИБОРА

Прибор состоит из настольного кронштейна, на котором смонти­рована опорная призма для подвеса физического оборотного маятника. Оборотный маятник (рис.1) состоит из металлического стержня, на котором неподвижно укреплены опорные призмы и и две подвижные чечевицы А и В, которые могут закрепляться в определенном положении с помощью винтов.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Физическим маятником называется любое твердое тело, способное совершать под действием силы тяжести колебания около неподвижной оси, не проходящей через центр масс.

Физический маятник совершает гармонические колебания при малых углах отклонения от положения равновесия . Период таких коле­баний определяется соотношением

 

, (1)

где Y- момент инерции маятника относительно оси вращения, m - масса маятника, расстояние от точки подвеса до центра масс - d , g - ускорение силы тяже­сти.

Применяемый в работе физический маятник имеет две опорные призмы и для подвешивания. Поэтому такой маятник называется оборотным.

Сначала маятник подвешивают на кронштейн опорной призмой и определяют период колебаний относительно этой оси

(2)

 

Затем маятник подвешивают призмой и определяют

(3)

По теореме Штейнера

, где момент инерции маятника относительно оси, проходящей через центр тяжести.

Таким образом,

(4)

 

(5)

 

Исключая из (4) и (5) момент инерции , получим

 

(6)

где - расстояние между опорными призмами и .

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Снять маятник с кронштейна, поместить его на трехгранную
призму так, чтобы расстояние опоры до призм и , не были равными между собой. Передвигая чечевицу вдоль стержня, установите маятник в положение равновесия, после чего закрепите чечевицу винтом.
2. Измерьте расстояние от точки равновесия (центр масс С) до призмы и - от С - до призмы .

3. Подвесив маятник опорной призмой , определите время

не менее N=50 колебаний и определите период колебаний

.

 

4. Аналогичным образом определите период колебаний относитель­но оси, проходящей через ребро призмы . Для этого необходимо подвесить маятник опорной призмой .

5. Подсчитайте ускорение силы тяжести g .

6. Передвинув чечевицу A и найдя новое положение центра тяжести

С, повторите опыт.

7. Из двух значений ускорения силы тяжести найдите среднее <g> и сравните с табличной величиной.

Результаты измерений и вычислений занесите в протокол испыта­ний.

 

Протокол испытаний

N	L,м	м	м	Ось	Ось	g м/c2	<g>
с	с	с	с

 

 

Контрольные вопросы:

1. Какие колебательные процессы называются гармоническими?

2. Запишите уравнение гармонических колебаний.

3. Какая физическая система называется физическим маятником?

4. Запишите выражение для периода колебаний математического маятника.

5. Запишите выражение для периода колебаний физического маятника.

6. Дать определение момента силы, момента инерции, момента импульса тела относительно оси.

7. Сформулировать теорему Штейнера.

8. Что такое приведенная длина физического маятника?