Порядок проведения лабораторной работы. Подготовка к выполнению работы

Подготовка к выполнению работы

1. Установите на рельс тележку с большим аэродинамическим сопротивлением. Проверьте, пропущена ли нить через ролик (проточка навалу) и отверстие в рельсе. Возьмите две пружины одинаковой жесткости и натяните одну из них между тележкой и упором, а вторую – между тележкой и нитью.

2. С помощью соединительных кабелей подключите датчики к USB-портам компьютера. Подключите кабель питания к ультразвуковому датчику расстояния и включите в сеть блок питания этого датчика. Запустите программу «Практикум для ВУЗов» и выберите сценарий «Изучение механического резонанса» (кнопка )

Определение собственной частоты колебаний

1. Запустите измерения, нажав кнопку ' в главном меню программы. Отклоните тележку от положения равновесия, удалив ее от датчика расстояния, и отпустите тележку. На экране появится зависимость расстояния между датчиком и тележкой от времени. Сигнал оптоэлектрического датчика будет представлять собой прямую линию, поскольку привод в этом измерении не работает. Остановите измерения, нажав кнопку после того, как амплитуда колебаний на экране уменьшится на порядок по сравнению с первоначальной.

2. Нажмите экранную кнопку и включите горизонтальные маркеры. Нажимая теперь правую (верхний маркер) кнопку мыши, установите маркер так, чтобы он продолжил линию, соответствующую положению равновесия каретки. Эта линия поможет правильно выделить целое число периодов на полученной кривой.

3. Еще раз нажав на кнопку , отключите горизонтальные маркеры и включите вертикальные. Установите зеленый маркер - на первом пересечении графика свободных колебаний с линией положения равновесия (зеленый маркер устанавливается при нажатии правой клавиши мыши), а желтый вертикальный маркер - в соответствующую точку после10 - 15(в зависимости от степени затухания) полных колебаний. Желтый маркер устанавливается при нажатии левой клавиши мыши.

4. Запишите интервал времени между маркерами (dt в нижней строке таблички в верхней части окна графика) и количество полных колебаний. Вычислите частоту свободных колебаний (с точностью до 0.001 Гц),поделив их количество на время, за которое они произошли.

5. Повторите действия, описанные в пп.1 - 4 несколько раз и вычислите среднее значение частоты колебаний.

6. Откройте окно оформления отчёта о работе, нажав кнопку . Заполните ячейку в таблице в пункте «Регистрация данных», вписав в нее среднее значение частоты свободных колебаний. Перед записью первого результата необходимо оформить таблицу - вписать названия столбцов и строк. Столбцы таблицы должны соответствовать различным парам пружин. Две первые строки таблицы должны представлять тележку с большим аэродинамическим сопротивлением без груза и тележку с малым аэродинамическим сопротивлением с грузом (при этом массы тележек одинаковы). Две следующие строки таблицы предназначены для частот свободных колебаний тележки с малым сопротивлением без груза и тележки с большим сопротивлением с грузом.

7. Повторите измерения, описанные в пи. 1-5 для второй тележки с тем же комплектом пружин, а также для другого комплекта пружин и двух тележек. Результаты сведите в таблицу отчета.

Построение резонансных кривых

1. Поверните рукоятку регулятора «CURRENT» на блоке питания двигателя по часовой стрелке до упора, а рукоятку «VOLTAGE» - против часовой стрелки до упора. Включите блок питания.

2. Запустите измерения, нажав кнопку _. и откажитесь от предложения программы очистить таблицу накопленных данных. Медленно вращая рукоятку «VOLTAGE», установите напряжение 6 В. Подождите некоторое время, пока установится стационарный режим вынужденных колебаний тележки (амплитуда колебаний перестанет изменяться).

3. Остановите измерения, нажав кнопку ... В окне оптоэлектрического датчика с помощью вертикальных маркеров выделите интервал времени, соответствующий 5-10 оборотам двигателя. Нажмите кнопку в правом верхнем углу окна оптоэлектрического датчика для внесения в таблицу обработки измеренного интервала времени. В следующий столбец таблицы внесите количество оборотов двигателя (количество импульсов между зеленым и желтым маркерами). Период вращения двигателя и, соответственно, частота вынуждающей силы будут рассчитываться в таблице автоматически.

4. В окне датчика расстояния нажмите экранную кнопку _. и включите горизонтальные маркеры. Установите их на максимум (сиреневый маркер, левая кнопка мыши) и минимум (синий маркер, правая кнопка мыши)сигнала. Поскольку амплитуда движения тележки мала, необходимо предварительно изменить масштаб экрана, нажав для этого клавишу «Alt»и растянув указателем мыши область для масштабирования.

5. Нажмите кнопку в правом верхнем углу окна датчика расстояния для внесения в таблицу обработки измеренной разности координат тележки (dY). Это число попадает в предпоследний столбец таблицы. В последнем столбце автоматически рассчитывается амплитуда колебаний (A=dY/2).

6. Последовательно увеличивая напряжение питания двигателя сначала на1В. затем на 0.5 В и так до шага 0.1 В вблизи резонансной частоты, проведите измерения частоты и амплитуды колебаний как описано в п.п. 3- 5. При каждом новом запуске измерений отказывайтесь от предложения программы очистить таблицу накопленных данных. После прохождения резонанса постепенно увеличивайте шаг изменения напряжения. Учтите, что в некоторых случаях процесс установления постоянной амплитуды колебаний будет иметь пульсирующий характер и может занимать заметное время.

7. Обратите внимание на отставание по фазе движения тележки от вынуждающей силы (нити) для частот меньшей, большей и равной резонансной. Для этого сравните направление движения точек крепления левой пружины к нити и тележке. Сделайте выводы о соответствии наблюдений теории.

8. По окончанию измерений плавно выведете на нулевое значение напряжение питания двигателя.

9. Перейдите на вкладку «График». Здесь по экспериментальным точкам строится график зависимости амплитуды вынужденных колебаний тележки от частоты. Используйте крестообразный маркер для определения резонансной частоты f_р. Сравните полученное значение резонансной частоты с полученным ранее значением собственной частоты свободных колебаний тележки. Вы можете сохранить полученный график в виде графического файла, пользуясь кнопкой

10.Откройте окно оформления отчёта о работе, нажав кнопку . Вызовите нажатием правой кнопки мыши контекстное меню и, перейдя на строку «данные», добавьте в отчёт таблицу обработки и график. Запишите в отчёт полученное значение резонансной частоты и сформулируйте вывод о полученном результате.

11.Повторите действия, описанные в пунктах 2-10, изменяя параметры колебательной системы (устанавливая пружины другой жёсткости, варьируя массы тележек за счет установки и снятия груза, а также изменяя коэффициент затухания при смене тележки). При первом запуске измерений для каждой новой колебательной системы согласитесь с предложением программы очистить таблицу накопленных данных.