1 Лабораторная работа ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА О б о р у д о в а н и е: набор грузов, стальная пружина, штатив с лапкой и муфтами, секундомер, линейка с миллиметровыми делениями. Цель работы: экспериментально определить период колебаний пружинного маятника, сравнить результат с теоретическими расчётами. Содержание и метод выполнения работы Груз, подвешенный на стальной пружине и выведенный из положения равновесия, совершает под действием сил тяжести и упругости пружины свободные гармонические колебания. Период колебаний такого пружинного маятника определяется выражением m T 2 , где k жёсткость пружины, m масса тела. k Задача данной работы заключается в том, чтобы экспериментально проверить полученные теоретически результаты. Для решения этой задачи сначала необходимо Рис. определить жёсткость пружины, применяемой в лабораmg торной установке k , где х удлинение пружины под действием груза x массой т. Затем теоретически необходимо произвести расчёты периодов колебаний пружинных маятников с грузами разной массы. Далее в эксперименте определяются периоды колебаний пружинных маятников для тех тел, для которых были проведены теоретические расчёты. Порядок выполнения работы 1. Подготовьте листы для отчета о проделанной работе с предварительными записями. 2. Соберите установку (рис.). Подвесьте один груз массой 100 г к пружине и определите удлинение пружины. То же самое проделайте с грузами других масс (200 г, 300 г, …). Результаты измерений занесите в таблицу. Таблица результатов измерений и вычислений № опыта 1 2 3 … 10 Среднее Масса груза т кг Удлинение пружины x м Коэффициент жёсткости k Абсолютная погрешность k Н/м Н/м 2 3. Вычислите жёсткость пружины и рассчитайте теоретические периоды колебаний пружинных маятников с телами разной массы. 4. Подсчитайте относительную и абсолютную погрешности периодов колебаний пружинных маятников для каждого из выбранных масс, считая приближённой величиной только жёсткость пружины: T 1 х T , Т = Т·Т. T 2 х 5. Запишите результаты расчётов периодов колебаний пружинных маятников с учётом погрешностей: Т = (……) с, Т = …%. 6. Подвесьте к пружине груз массой 100 г, выведите пружинный маятник из положения равновесия, сместив его на 57 см вниз, и экспериментально определите период колебаний маятника. Для этого измерьте интервал времени t, за который маятник совершает, например, N = 20 полных колебаний. Проведите эти же действия с данным маятником для другого количества колебаний. Данные занесите в таблицу. Таблица результатов измерений и вычислений № опыта Количество колебаний N Общее время колебаний t с Период колебаний T с Абсолютная погрешность T с 1 2 3 … 10 Среднее 7. Вычислите экспериментальное значение периода колебаний пружинного маятника T = t/N. 8. По результатам таблицы запишите экспериментальное значение периода колебаний первого пружинного маятника с учётом абсолютной и относительной погрешностей. 9. Проделайте те же экспериментальные действия с другими грузами. 10. Сравните величины периодов колебаний пружинных маятников, полученных экспериментально, с периодами их колебаний, полученными при теоретических расчётах. 11. Сделайте выводы о проделанной работе и оцените правдоподобность полученных результатов. Контрольные вопросы 1. Зависит ли период колебаний пружинного маятника от амплитуды колебаний? 2. Каким был бы результат опыта в условиях невесомости? 3. В каком случае пружинный маятник будет совершать вынужденные колебания? 3 Лабораторная работа ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ ПРУЖИННОГО МАЯТНИКА О б о р у д о в а н и е: набор грузов, стальная пружина, штатив с лапкой и муфтами, секундомер, линейка с миллиметровыми делениями. Цель работы: экспериментально определить период колебаний пружинного маятника, сравнить результат с теоретическими расчётами. Содержание и метод выполнения работы Груз, подвешенный на стальной пружине и выведенный из положения равновесия, совершает под действием сил тяжести и упругости пружины свободные гармонические колебания. Период колебаний такого пружинного маятника определяется выражением m T 2 , где k жёсткость пружины, m масса тела. k Задача данной работы заключается в том, чтобы экспериментально проверить полученные теоретически результаты. Для решения этой задачи сначала необходимо Рис. определить жёсткость пружины, применяемой в лабораmg торной установке k , где х удлинение пружины под действием груза x массой т. Затем теоретически необходимо произвести расчёты периодов колебаний пружинных маятников с грузами разной массы. Далее в эксперименте определяются периоды колебаний пружинных маятников для тех тел, для которых были проведены теоретические расчёты. Порядок выполнения работы 1. Подготовьте листы для отчета о проделанной работе с предварительными записями. 2. Соберите установку (рис.). Подвесьте один груз массой 100 г к пружине и определите удлинение пружины. То же самое проделайте с грузами других масс (200 г, 300 г, …). Результаты измерений занесите в таблицу. Таблица результатов измерений и вычислений № опыта 1 2 3 … 10 Среднее Масса груза т кг Удлинение пружины x м Коэффициент жёсткости k Н/м 4 3. Вычислите жёсткость пружины . 4. Подвесьте к пружине груз массой 100 г, выведите пружинный маятник из положения равновесия, сместив его на 57 см вниз, и экспериментально определите период колебаний маятника. Для этого измерьте интервал времени t, за который маятник совершает, например, N = 20 полных колебаний. Проведите эти же действия с данным маятником для другого количества колебаний. Данные занесите в таблицу. Таблица результатов измерений и вычислений № опыта Количество колебаний N Общее время колебаний t с Период колебаний T с 1 2 3 … 10 Среднее 7. Вычислите экспериментальное значение периода колебаний пружинного маятника T = t/N. 8. По результатам таблицы запишите экспериментальное значение периода колебаний первого пружинного маятника . 9. Сравните величины периодов колебаний пружинных маятников, полученных экспериментально, с периодами их колебаний, полученными при теоретических расчётах. 10. Сделайте выводы о проделанной работе и оцените правдоподобность полученных результатов. Контрольные вопросы 1. Зависит ли период колебаний пружинного маятника от амплитуды колебаний? 2. Каким был бы результат опыта в условиях невесомости? 3. В каком случае пружинный маятник будет совершать вынужденные колебания?