3. Описание экспериментальной установки
Экспериментальная установка показана на рис. 2 и совмещает два типа маятников: физический и математический.
С помощью поворотного кронштейна 3 можно поочерёдно проводить измерения с математическим и физическим маятниками, измеряя периоды их колебаний миллисекундомером 4.
Устройство и принцип действия миллисекундомера рассмотрены ниже.
Математический маятникпредставляет собой шарик, подвешенный на двух нитях (бифилярный подвес), разведённых под некоторым углом, что обеспечивает сохранение плоскости качания. Длина подвеса шарика регулируется колесиком 7, на которое намотана часть нити.
1 4 3 8 9 7
10 6 5 3
Рис. 2.
Рис.2
1 - основание на регулируемых опорах; 2 - вертикальная стойка;
3 - поворотный кронштейн; 4 - миллисекундомер; 5 - шарик (деталь математического маятника); 6 - две нити (бифилярный подвес в математическом маятнике);
7 - регулятор длины математического маятника; 8 - круглый стержень (деталь математического маятника); 9 - опорная призма (деталь физического маятника);
10 - груз, закрепляемый на стержне 8.
Физический маятникпредставляет собой тонкий стержень массойmст== (370 ± 3)ги полной длинойLст= (0,590 ± 0,002)м. На стержне нанесены кольцевые риски на расстоянии 1см.
Стержень подвешивается на кронштейне 3 с помощью призмы 9, опирающейся в углубления на кронштейне, что обеспечивает сохранение оси поворота при качаниях стержня.
На стержень может быть насажен дополнительный груз 10 массой mгр= (1100 ± 5)г.
Миллисекундомер включает в себя фотоэлектрический датчик, а также прибор с цифровой индикацией времени опыта и количества периодов колебания маятника (рис. 3).
Фотоэлектрический датчик содержит осветитель, дающий световой луч, попадающий на фотоэлемент (рис. 4).
Прерывание светового луча даёт сигнал, поступающий на прибор с цифровой индикацией. Физический и математический маятники в опыте должны быть установлены таким образом, чтобы при движении конец стержня либо шарик двигались в зазоре фотоэлектрического датчика, прерывая луч, направленный от осветителя к фотоэлементу. Счётная схема прибора выполнена таким образом, что каждое второе прерывание луча отмечается на табло числа периодов колебаний.
При выполнении эксперимента необходимо:
3.1. В соответствии с заданием поворотом кронштейна 3 установить математический или физический маятник в зазоре фотоэлектрического датчика.
3.2. Выполнить необходимые измерения длин и установку дополнительного груза на физическом маятнике (для п. 4.3.).
3.3. Включить шнур электропитания.
3.4. Нажать кнопку “Сеть” на лицевой панели миллисекундомера, при этом должны загореться лампочка фотодатчика и цифровые индикаторы.
3.5. Отвести рукой маятник примерно на 100, нажать кнопку “Сброс”.
3.6. Отпустить маятник, одновременно отпустив кнопку “Сброс” миллисекундомера. Убедиться, что на табло регистрируется время и число периодов колебаний.
3.7. В момент индикации цифры «9» быстро нажать кнопку “Стоп”. При этом счёт времени и числа периодов прекращаются.
3.8. Записать показания на табло и повторить опыт согласно заданию.
3.9. По окончании измерений выключить прибор.
3.10. Во всех расчётах случайных статистических погрешностей величину доверительной вероятности р принять равной 0,9. Общие указания по расчёту погрешностей смотри в методическом пособии № 100.