Задание 1. Определение моментов импульсов и кинетической энергии маятников

1.С помощью винтов В (рис.7) установите маятники в свободном положении на нулевую отметку шкалы.

2. Измерьте расстояние l₁, l₂ и l_Г и запишите их значения в табл. 1. Запишите также значения m₁, m₂ и m_Г.

3. Рассчитайте расстояние от оси вращения до центра масс маятников l_1Г, l₁₂ и l_12Г.

4. Отведите в сторону маятник 2, закрепите его. Определите время десяти колебаний t₁ маятника 1 и время 10 колебаний маятника 1 с добавочным грузом t_1Г. Определите время 10 колебаний системы, состоящей из двух маятников, без дополнительного груза t₁₂ и с грузом t_12Г. Полученные значения занесите в табл.1.

Таблица 11

5. Рассчитайте периоды колебаний Т₁, Т_1Г, Т₁₂, Т_12Г и моменты инерции маятников J₁, J_1Г, J₁₂, J_12Г.

6. Отклоните маятник 1 (без груза) на угол α₁(по указанию преподавателя) и запишите его значение в табл. 1. Маятник 2 при этом находится в положении равновесия. Опустите маятник 1 и отметьте угол β, на который отклонится система из двух маятников после взаимодействия. Опыт повторите не менее 5 раз и рассчитайте среднее значение угла β_ср.

7. Повторите опыт (п.п. 6-7), прикрепив к маятнику 1 добавочный груз Г.

8. Рассчитайте угловые скорости маятников до взаимодействия ω₁ и после ω₁₂, ω_1Г, ω_12Г.

9. Рассчитайте моменты импульсов и энергию маятников в первом и во втором опытах. Результаты занесите в табл. 12.

Таблица 12

10. Рассчитайте энергию маятников до и после взаимодействия. Рассчитайте коэффициент восстановления k = для первого и второго случая и результаты занесите в табл. 13.

Таблица 13

Без груза	0,5 J1ω 21		Коэффициент восстановления
С грузом			Коэффициент восстановления

11. Сделайте выводы.

12.Оцените погрешности измерений.

Вопросы к допуску

1. Что такое математический маятник? физический маятник?

2. От чего зависит период малых колебаний физического маятника?

3. Что называется моментом импульса материальной точки, тела? Как направлен момент импульса?

4. Запишите закон сохранения момента импульса системы из двух маятников.

5. Как можно определить начальную скорость маятника до взаимодействия? Какие величины измеряют для этого?

6. От каких величин зависит момент инерции маятника? Как его изменяют в данной установке?

7. Что такое центр масс?

8. Как рассчитывают расстояние до центра масс системы из двух маятников?

9. От чего зависит угловая скорость маятника перед взаимодействием?

10. Чему равна энергия маятника: перед взаимодействием? после взаимодействия?

Контрольные вопросы

1. В чём состоит метод определения ускорения свободного падения с по­мощью математического маятника? Физического маятника?

2. В чём могут состоять причины различия ускорения свободного падения, определённого экспериментально, и известного значения (g=9,8l м/с2)?

3. Почему угловая амплитуда колебаний маятника не должна превышать пяти градусов?

4. Как можно изменить период колебаний физического маятника? Приведённую длину?

5. Как будет вести себя физический маятник, если совместить точку его подвеса с центром масс?

6. Как зависит величина ускорения свободного падения от широты?

7. Что произойдёт с периодом колебаний при переносе математического маятника с полюса на экватор?

8. *Будут ли работать маятниковые часы на искусственном спутнике земли? Ответ обосновать.

9. *Как следует изменить длину маятника при отставании часов?

10. *Определить высоту, на которой ускорение свободного падения со­ставляет 25% от ускорения свободного падения у поверхности Земли?

11. *Как с помощью какого- либо маятника можно оценить массу планеты?

6. Лабораторная работа №6 «Определение ускорения свободного падения с помощью оборотного и математического маятников»

ЦЕЛЬ: ознакомиться с закономерностями колебаний математического и физического маятника и с одним из способов определения ускорения свободного падения.

ОБОРУДОВАНИЕ: оборотный (физический) и математический маятник, секундомер.