Описание установки и метода измерений.

Рис. 3

Измерения проводятся в полуавтоматическом режиме на установке, схема которой изображена на рисунке 3. Ось маятника соединена с подвижным контактом реостата, концы которого подключены к источнику постоянного напряжения. Параллельно реостату подключены два одинаковых резистора R1, образующих делитель напряжения. Когда маятник находится в состоянии равновесия, подвижной контакт реостата

находится в середине реостата и напряжение между точками А и В равно нулю. При отклонении от равновесного положения маятник поворачивает ось реостата, его контакт сдвигается (точка А₁), и между контактом реостата (точкой А₁) и серединой делителя напряжения (точкой В) возникает напряжение пропорциональное углу поворота маятника. Это напряжение подаётся на вход звуковой платы компьютера. Параллельно входу звуковой платы подключён конденсатор большой ёмкости, нужный для уменьшения шумов, возникающих при движении ползунка реостата. Программа обработки сигнала выводит на экран график колебаний (рис. 6).

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ С СУХИМ ТРЕНИЕМ

Порядок выполнения работы.

· Включите компьютер и запустите программу «Колебания». На экране появится стартовое окно программы (Рис.4).

Рис. 4

· Нажмите кнопку ПУСК, после чего появится новое окно (Рис. 5). Введите в окно вашу фамилию и инициалы.

Рис. 5

· Нажмите Ok, вызвав основное окно программы (Рис. 6).

· Запустите маятник, отклонив его в сторону на 15 – 20 градусов.

· Нажмите кнопку Старт программы, после чего начнётся процесс измерений. Надпись на кнопке изменится на Стоп, при этом в окне программы начнётся построение графика зависимости отклонения маятника от времени. По горизонтальной оси графика выводится время в секундах, прошедшее с момента нажатия кнопки Старт, а по вертикальной оси величина отклонения маятника в некоторых условных единицах.

· Следите ходом графика. После того, как колебания затухнут, и график превратится в горизонтальную линию, остановите программу кнопкой Стоп.

· После остановки процесса измерений надпись Стоп вновь превратится в Старт и активизируются кнопки Огибающая и Печать.

· Нажав кнопку Огибающая, вы получите график зависимости амплитуды колебаний от времени (Рис. 7). Одновременно вы сохраните график в файле Колебания на рабочем столе Windows.

Рис. 6

· Нажав Печать, вы вызовете обычный диалог печати. Выбрав в нём нужные опции или оставив стандартные, вы можете распечатать график.

· По графику определите период колебаний T.

Рис. 7

· Зная начальный угол отклонения и число колебаний маятника до его остановки (определите это всё по графику) оцените угол застоя j_m.

· По формуле (9) вычислите момент силы трения. При вычислениях примите массу груза равной 0, 5 кг, длину маятника измерьте самостоятельно.

ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ С ВЯЗКИМ ТРЕНИЕМ

Порядок выполнения работы.

1. Поставьте под груз ванночку и наполните её водой до половины.

2. Повторите те же действия, какие вы выполняли при изучении колебаний с сухим трением.

4. По графику определите период колебаний T.

5. Также по графику определите коэффициент затухания b и по формуле (5) - логарифмический декремент затухания l.

Для определения b необходимо использовать начальный участок графика, где скорость маятника была относительно велика. Для нахождения границы этой области следует построить огибающую колебаний, когда они сделались достаточно малыми. Эта огибающая является прямой линией (сплошная линия на Рис. 8), поскольку здесь преобладает сухое трение. Область, где амплитуда колебаний уже не подчиняется линейному закону убывания, это область преобладания вязкого трения (область под пунктирной прямой). Вот в этой области и следует находить b.

 

Рис. 8

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чём различие между колебаниями с сухим и вязким трением?

2. Как зависит частота колебаний маятника от величины сухого трения?

3. Как изменяется со временем энергия колебаний при сухом трении?

4. Постройте график зависимости энергии колебаний от времени при сухом трении.

5. Как зависит от начальной амплитуды время жизни колебаний t при сухом трении?

6. Каков физический смысл логарифмического декремента затухания?

7. Во сколько раз изменяется энергия маятника за время «жизни» колебаний t?

8. Какое движение совершает маятник, если b> w₀?

9. По какому закону изменяется амплитуда колебаний под действием вязкого трения?

10. Как изменяется со временем энергия колебаний при вязком трении?

11. Постройте график зависимости энергии колебаний от времени при вязком трении.

12. Как зависит время жизни колебаний t от начальной амплитуды колебаний при вязком трении?

13. Какое движение совершает маятник, если b > w₀?

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. И.В. Савельев. Курс общей физики, т.1 СПб. Издательство «Лань», 2006

2. Савельев И.В. Курс общей физики. В 5-ти кн. М: Астрель: АСТ, 2007

3. Фриш С. Э., Тиморева А. В. Курс общей физики. В 3-х т. Т.1. СПб «Лань», 2009.

4. Иродов И.Е. Механика. Основные законы. М: Бином, 2014

5. С.Г. Лисицын. Механика в задачах. НИЯУ МИФИ. 2011

Дополнительная литература:

1. Л.Д. Ландау, А.И. Ахиезер, Е.М. Лифшиц. Курс общей физики. М., Наука, 2014 и др. издания.

2. Д.В. Сивухин. Общий курс физики, т. 1, Наука, 2002 и др. издания.

3. А.Н. Матвеев. Механика. М., Высшая школа, 1981.

 

 

[1] Строгое доказательство последующих утверждений дается теорией вероятностей.

 

[2] Как связаны погрешности Dt и Dx смотрите в разделе сборника ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОШИБОК ИЗМЕРЕНИЙ

[3] Вывод формулы (1) см. в Приложении 2.

[4] Так как между осью и маховиком существует заметное трение, то при определении Т приходится производить отклонение на большие углы »30⁰. Формула же, связывающая период Т и момент инерции, выводится для малых углов отклонений. Поэтому наши вычисления являются приближенными.

⇐ Предыдущая891011121314151617

Поделиться: