Описание установки и методики измерений

Определение ускорения силы тяжести в данной работе проводится независимо тремя способами: с использованием модели математического маятника, физического маятника и оборотного маятника.

Лабораторный стенд оборудован подвесами и опорами для трех видов маятников, а также автоматическим секундомером и счетчиком количества колебаний. Одному полному колебанию соответствует два отсчета счетчика. Для случая использования модели математического маятника в стенде предусмотрен электромагнит, фиксирующий начальное отклонение маятника от нейтрального положения.

Задача 1. Определение ускорения силы тяжести с помощью модели

Математического маятника

1. Включить секундомер и счетчик в сеть 36 В. Тумблер счетчика установить в положение “Включено”. Кнопку “Пуск” секундомера установить в отжатое положение.

2. Зафиксировать шарик модели математического маятника в крайнем положении посредством электромагнита. Нажать и отпустить кнопки “Сброс” секундомера и счетчика.

3. Нажать кнопку “Пуск” секундомера. С этого момента действие электромагнита на шарик прекращается и маятник начинает колебательный процесс; одновременно включаются секундомер и счетчик периодов колебаний.

4. После совершения маятником 10 колебаний привести кнопку “Пуск” секундомера в отжатое положение. Это является командой на прекращение регистрации времени и числа колебаний. Показания счетчика (n) и секундомера (t) занести в таблицу 1.

5. Повторить операции по п.п. 2 - 4 еще девять раз.

6. Отключить секундомер и счетчик от сети.

7. Вычислить значения периода колебаний Т = 2 t / n, рассчитать среднее значение периода – Т и абсолютную погрешность ∆ Т. Результаты вычислений занести в таблицу 2. По формуле (22) рассчитать среднее значение , вычислить абсолютную погрешность по методике обработки результатов косвенных измерений.

Таблица 1

№

∆ Т

t, с

Т, с

Задача 2. Определение ускорения силы тяжести с помощью

Физического маятника

1. Включить секундомер счетчик в сеть 36 В. Тумблер счетчика установить в положение “Включено”. Кнопку “Пуск” секундомера установить в отжатое положение.

2. Отклонить маятник в крайнее положение зафиксировать это положение электромагнитом. Нажать и отпустить кнопки “Сброс” секундомера и счетчика.

3. Нажать кнопку “Пуск” секундомера, при этом прекратится действие электромагнита на маятник и он начнет движение в сторону положения его равновесия; одновременно включатся секундомер и счетчик колебаний.

4. После совершения маятником 10 колебаний (это соответствует вдвое большему числу на табло счетчика) привести кнопку “Пуск” секундомера в отжатое положение. Показания счетчика (n) и секундомера (t) занести в таблицу 2.

5. Повторить п. п. 2 - 4 еще девять раз.

6. Отключить секундомер и счетчик от сети.

7. Вычислить значения периода колебаний Т= 2 t / n. Рассчитать и занести в таблицу 2 среднее значение периода Т и абсолютную погрешность полученного результата ∆ Т. По формуле (19) рассчитать среднее значение . Вычислить абсолютную погрешность по методике обработки результатов косвенных измерений.

Таблица 2

№

Тср

∆ Т

t, с

Т, с

Задача 3. Определение ускорения силы тяжести с помощью оборотного

Маятника

1. Проконтролировать по отвесу правильность установки маятника, при необходимости провести регулировку.

2. Включить секундомер в сеть 36 В. Тумблер счетчика установить в положение “Включено”. Нажать и отпустить кнопку “Сброс” секундомера. Кнопку “Пуск” установить в отжатое положение.

3. Подвесить маятник, установив его трехгранную призму - опору в ответном гнезде стойки маятника. Это будет " прямое" положение маятника.

4. Отклонить стержень на угол 5 - 7 ^о от положения равновесия и отпустить его. В момент, когда в процессе колебаний стержень займет одно из крайних положений, нажать кнопку “Пуск” секундомера. Отсчитав 10 полных колебаний, кнопку “Пуск” секундомера установить в отжатое положение. Показания секундомера занести в таблицу 3 – в строку П ( “прямое” положение маятника). Нажать и отпустить кнопку “Сброс” секундомера.

5. Повторить операции по п. 4 еще пять раз. Вычислить среднее значение

времени десяти колебаний и соответствующее значение периода Т _пр.

6. Перевернуть стержень маятника на 180⁰и подвесить, используя для этого вторую трехгранную призму - опору. Выполнить п. п. 3 – 5. Занести показания в таблицу 3 - строку О₁ ( первое состояние “оборотного” маятника). Вычислить значение периода Т_об1. Измерить и занести в таблицу расстояние между центральными гранями опор маятника l₁.

7. Дважды передвинуть нижний груз (в оборотном положении маятника), закрепляя его в новом положении. В каждом положении провести операции по п. 6. Занести результаты измерений времени, значений l₁, l₂ и вычислений Т_об2, Т_об3 в стоки таблицы О₂ и О₃.

8. Построить зависимость значений Т_об_iот l_i. Найти на этой зависимости значение Т_об, равное значению Т_при соответствующее ему значение l. Используя это значения l и значениеТ_пррассчитать значение g по формуле (26).

9. Отключить секундомер от сети.

Таблица 3