Вимірювання прискорення вільного падіння за допомогою маятника
Мета роботи:визначити прискорення сили тяжіння в даному місці Землі за допомогою маятника.
Обладнання: штатив з муфтою і кільцем; кулька з отвором; нитка; секундомір; вимірювальна лінійка з міліметровими поділками.
Теоретичні відомості
Якщо маятник вивести з рівноваги, виникає сила, яка намагається повернути його в попереднє стійке положення рівноваги D (рис. 1). Ця сила F є рівнодійною двох сил: натягу нитки Т і ваги Р, напрямлених під кутом одна до одної.
Під дією сили F маятник повертається до положення рівноваги, проходить його внаслідок інерції і переходить на другий бік. Далі цей процес повторюється.
Найбільше зміщення маятника від положення рівноваги називається амплітудою коливання. Час повного коливання маятника називається періодом коливання. Теорія дає таку формулу для періоду коливання:
(1)
де Т – період коливання, l – довжина маятника, g – прискорення вільного падіння. З формули (1) можна визначити g:
(2)
Довжину маятника можна виміряти безпосередньо
Тоді
(3)
Хід роботи
1. Зберіть установку як показано на рис. 2.
2. Визначте довжину нитки маятника l1 за допомогою довгої лінійки, а радіус кулі R – за допомогою штангенциркуля.
3. Обчисліть, чому дорівнює довжина маятника: l = l1 + R
4. Відхиляємо маятник на невеликий кут (5 – 8 см від положення рівноваги), і відпускаємо його. Якщо коливання відбуваються в одній площині, то, пропустивши декілька коливань, увімкніть секундомір, до того ж саме тоді, коли маятник проходить положення рівноваги. При цьому нитка і око мають бути на одній прямій, перпендикулярній до площини коливання маятника.
5. Відрахувавши N = 20 коливань, зупиніть секундомір і визначте час, протягом якого спостерігалися коливання.
6. Змініть довжину нитки і повторіть дослід чотири рази.
7. За формулою (3) обчисліть прискорення вільного падіння.
8. Обчисліть середнє значення прискорення вільного падіння:
9. Обчисліть абсолютну похибку кожного обчислення:
10. Обчисліть середнє значення абсолютної похибки:
11. Обчисліть відносну похибку вимірювання:
12. Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю. Висновок запишіть у вигляді g = (gcep ± ∆gcep) м/с2 при ε = __ %.
| № п/п | l1, м | R, м | l, м | t, с | g, м/с2 | gcep, м/с2 | ∆g, м/с2 | ∆gcep, м/с2 | ε, % |
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
____
Висновки:_______________________________________________________
____
____
____
Підпис студента:________________________
Підпис викладача:________________________
Контрольні запитання
1. Що таке коливання? Які є види коливань?
2. Назвіть характеристики коливань.
3. Що таке частота коливань? Період коливань?
4. За допомогою якого маятника ви визначали прискорення вільного падіння?
5. Який маятник називається фізичним?
6. Як зміниться частота коливань якщо довжину маятника збільшити?
Лабораторна робота №10