- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Техника безопасности
- •5. Порядок измерений и обработка результатов
- •«Изучение собственных колебаний в электромагнитном контуре»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Техника безопасности
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Обработка результатов измерений
- •«Изучение вынужденных колебаний в электромагнитном контуре»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •4. Техника безопасности
- •5. Порядок выполнения работы
- •6. Обработка результатов измерений
- •«Изучение собственных колебаний механических систем»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Техника безопасности
- •5. Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений
- •«Исследование нормальных колебаний струны»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок измерений
- •5. Обработка результатов измерений
- •«Определение скорости звука в воздухе»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание лабораторной установки
- •3.2. Техника безопасности
- •4. Порядок измерений
- •5. Обработка результатов измерений
- •Лабораторная работа № 12-к «изучение интерференции света»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок измерений
- •4.1. Заполнить таблицу технических данных (табл. 1).
- •«Дифракция фраунгофера на решетке»
- •1. Введение
- •2. Основные понятия
- •3. Описание установки
- •4. Техника безопасности
- •5. Порядок измерений
Лабораторная работа № 2-К
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА»
1. Введение
1.1. Среди механических движений важную роль играет колебательное движение, характеризующееся определённой периодичностью. Физическое описание колебаний реального тела – чрезвычайно сложная задача. Поэтому теория колебаний оперирует с моделями: пружинным, математическим, физическим, крутильным маятниками. В основе всех этих моделей лежит представление о линейном гармоническом осцилляторе.
1.2. В классической механике линейный гармонический осциллятор – это материальная точка или абсолютно твёрдое тело, совершающее одномерные гармонические колебания под действием упругой (или квазиупругой) силы.
1.3. В настоящей лабораторной работе изучаются колебания математического и физического маятников и определяются параметры последнего.
2. Основные понятия
2.1. Математическим маятником называют идеализированную систему, состоящую из невесомой и нерастяжимой нити, на которой подвешена точечная масса. Достаточно хорошим приближением служит небольшой тяжёлый шарик, подвешенный на длинной тонкой нити.
2.2. Отклонение маятника от положения равновесия определяется угловым смещением , образованным нитью с вертикалью (рис.1). При этом возникает момент силы тяжестиМ относительно оси, проходящей через точку О, равный по величине M = m g l sinφ ( m – масса маятника , l – его длина)
Вектор момента силы имеет такое направление, что стремится вернуть маятник в положение равновесия и поэтому при малых отклонениях, когда , аналогичен квазиупругой силе. На рис.1 он направлен от нас, перпендикулярно плоскости чертежа. Применим к математическому маятнику основное уравнение динамики вращательного движения, гдеJ – момент инерции маятника относительно упомянутой выше оси, – угловое ускорение,- сумма моментов внешних сил. Для проекций на ось вращения
. (1)
Рис.1
При малых углах и тогда получаем дифференциальное уравнение
, (2)
решением которого являются гармонические колебания
,
с круговой частотой и периодом соответственно
, (3)
которые зависят только от длины l маятника и ускорения свободного
падения g.
2.3. Физическим маятником называется твердое тело, способное совершать колебания вокруг некоторой оси, не проходящей через его центр масс. В положении равновесия центр масс С находится под точкой подвеса О на одной вертикали на расстоянии a (рис.2). При отклонении маятника от положения равновесия возникает момент силы, стремящийся вернуть его обратно.
Так же, как и для математического маятника,
. (4)
Здесь J – момент инерции маятника относительно оси, проходящей через точку О. При малых колебаниях уравнение (4) переходит в
, (5)
решением которого является , но теперь с круговой частотой
и периодом . (6)
Рис.2
2.4. При сравнении формул (3) и (6) видно, что математический маятник с длиной
(7)
будет иметь такой же период, как и физический. Величина называется приведённой длиной физического маятника.