Описание установки

В настоящей работе используется универсальный маятник, схематично изображенный на рис. 3. В задней части основания прибора укреплена вертикальная стойка 1, на вершине которой крепится кронштейн 2, поворачивающийся на 180 и фиксирующийся в выбранном положении. С одной стороны кронштейна подвешивается математический маятник 3 (в работе не используется), а с другой – физический оборотный маятник 4.

Ф изический оборотный маятник представляет собой стальной стержень с двумя чечевицеобразными грузами 5, которые могут перемещаться по стержню 4 и фиксироваться в требуемом положении. На стержне закреплены две опорные трехгранные призмы 6, на которых может подвешиваться маятник. Призменные опоры часто используются в приборах, где необходимо обеспечить очень малое трение (например, в весах).

В нижней части стойки располагается фотоэлектрический датчик 7, который можно перемещать вверх и вниз по стойке и фиксировать в необходимом положении винтом 8. Датчик позволяет включать и выключать миллисекундомер расположенный в передней части основания, в определенные моменты времени, когда стержень маятника пересекает луч света (рис. 4).

Миллисекундомер выполнен как самостоятельный прибор с двухразрядной цифровой индикацией количества измеряемых периодов и пятиразрядной индикацией их суммарного времени в миллисекундах.

В ключение блока производится кнопкой «Сеть». При нажатии кнопки «Сброс» происходит обнуление счетчика количества периодов и таймера, а затем при первом же пересечении маятником створа фотодатчика происходит запуск системы счета. После нажатия кнопки «Стоп» прекращается счет числа периодов, а таймер останавливается после завершения текущего периода колебаний маятника. Число периодов и суммарное их время высвечивается на цифровом табло прибора.

Для измерения времени, например, 10 полных колебаний, кнопку «Стоп» следует нажать немедленно после появления на счетчике периодов числа «9». Таймер закончит счет времени 10-го периода и остановится. На табло появится число «10» и суммарное время десяти полных колебаний.

Подготовка прибора к работе

1. Опустите фотодатчик в нижнее положение до уровня крышки миллисекундомера, ослабив фиксирующий винт 8 (рис. 3).

2. Подвесьте маятник за опору О (рис. 2) и зафиксируйте фотодатчик так, чтобы нижний конец стержня маятника перекрывал световой луч датчика.

3. Убедитесь, что груз А находится на расстоянии а = 0,07 м от верхней плоскости груза до верхнего края стержня. С помощью фиксирующего винта установите груз В таким образом, чтобы его нижняя плоскость находилась на расстоянии b = 0,03 м от нижнего края стержня (риски на стержне нанесены с интервалом 0,01 м).

Порядок выполнения работы

4. Включите установку кнопкой «Сеть».

5. Осторожно отклоните от положения равновесия нижний конец стержня маятника от вертикали в плоскости, перпендикулярной оси вращения, на 5-7 см и отпустите его без толчка, после чего кратковременно нажмите кнопку «Сброс». Миллисекундомер начнет подсчет числа n и суммарного времени t₁ периодов колебаний.

6. Определите время t₁ (см. указанное выше жирным шрифтом), затрачиваемое маятником на n = 15-20 колебаний (задается преподавателем). Результат занесите в табл. 1.

7. Опустите фотодатчик в нижнее положение до уровня крышки миллисекундомера, ослабив для этого фиксирующий винт 8 (рис. 3).

8. Переверните маятник и подвесьте его за опору D (рис. 1), поднимите и зафиксируйте фотодатчик так, чтобы нижний конец стержня маятника снова перекрывал световой луч датчика.

Таблица 1.

Число периодов, n =
b, м	Колебания на опоре O	Колебания на опоре D
	t1, с	t2, с
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10

9. Произведите действия, указанные в п.п. 5 и 6, определяя суммарное время t₂ периодов колебаний при том же значении b.

10. Произведите действия, указанные в п.п. 5-9, для всех значений b, приведенных в табл. 1.

11. Выберите из таблицы значение b, при котором значения t₁ и t₂ отличаются не более, чем на 0,5 % ( ).

12. Установите на стержне маятника груз В на выбранном из таблицы расстоянии b от края стержня. Аналогично п.п. 1, 2, 4-6 определите три раза время t, затрачиваемое маятником на n = 30 колебаний на одной опорной призме и три раза на другой. Результаты занесите в табл. 2.

13. Рассчитайте и занесите в табл. 2 среднее время <t> и среднее значение периода <T>. По рискам на стержне измерьте расстояние L между остриями опорных призм и занесите его значение в табл. 2.

Таблица 2.

	Колебания на опоре O			Колебания на опоре D			<t>, c	<T>, c	L, м	g, м/с2	g, %
t, c	1	2	3	4	5	6

14. Рассчитайте по формуле (8) величину ускорения свободного падения g, приняв T₀ = <T> , а = L, и относительную ошибку g вашего экспериментального определения величины g по формуле , где g_{Саранск} = 9,83 м/с² – значение ускорения свободного падения на широте города Саранска. Результаты занесите в табл. 2.