Лабораторная работа 6

Определение ускорения свободного падения тел

с помощью физического маятника

Выполнил студент ______________, группа_____________, дата___________.

Допуск ______________

Выполнение __________

Зачет ________________

Цель работы: изучить законы колебательного движения физического маятника.

Приборы и материалы

№ п\п	Наименование прибора	Цена деления	Предел измерения (хmax)	Точность отсчета (Δхпр)
1	Маятник физический	-	-	-
2	Опора трехгранная	-	-	-
3	Секундомер
4	Линейка

Теоретические сведения

1. Основные понятия и законы Свободное падение

Свободное падение — это движение тела под действием только силы тяжести.

На тело, падающее в воздухе, кроме силы тяжести действует сила сопротивления воздуха, следовательно, такое движение не является свободным падением. Свободное падение — это падение тел в вакууме.

Ускорение , которое сообщает телу сила тяжести, называют ускорением свободного падения. Оно показывает, на какую величину изменяется скорость свободно падающего тела за единицу времени. Ускорение свободного падения направлено вертикально вниз.

Галилео Галилей установил (закон Галилея): все тела падают на поверхность Земли под действием земного притяжения при отсутствии сил сопротивления с одинаковым ускорением, т. е. ускорение свободного падения не зависит от массы тела.

В земных условиях g зависит от географической широты местности. Наибольшее значение оно имеет на полюсе ( = 9,81 м/с²), наименьшее — на экваторе ( = 9,75 м/с²). Причины этого: 1) суточное вращение Земли вокруг своей оси; 2) отклонение формы Земли от сферической; 3) неоднородное распределение плотности земных пород.

Ускорение свободного падения зависит от высоты h тела над поверхностью планеты. Его, если пренебречь вращением планеты, можно рассчитать по формуле:

где G — гравитационная постоянная, Μ — масса планеты, R — радиус планеты.

Как следует из последней формулы, с увеличением высоты подъема тела над поверхностью планеты ускорение свободного падения уменьшается. Если пренебречь вращением планеты, то на поверхности планеты радиусом R

Для небольших высот ( ) можно считать = const, для таких высот свободное падение является равноускоренным движением. Для его описания можно использовать формулы равноускоренного движения:

уравнение скорости: ;

кинематическое уравнение, описывающее свободное падение тел:

,

или в проекции на ось Oy:

.

Механические колебания

Наряду с поступательными и вращательными движениями тел в механике значительный интерес представляют колебательные движения.

Колебаниями называются процессы, отличающиеся той или иной степенью повторяемости (качание маятника часов, колебания струны или ножек камертона, напряжение между обкладками конденсатора в контуре радиоприемника, работа сердца); (см. рис.1).

Рис.1.

Система, совершающая колебания, называется осциллятором.

Все колебательные процессы классифицируются по следующим параметрам:

– по физической природе:

• механические (звук, вибрация), электромагнитные (свет, радиоволны, тепловые), смешанного типа  (комбинации вышеперечисленных колебаний).

Колебания различной физической природы подчиняются общим закономерностям. Например, колебания тока в электрической цепи и колебания математического маятника могут описываться одинаковыми уравнениями. Общность колебательных закономерностей позволяет рассматривать колебательные процессы различной природы с единой точки зрения. Мы будем рассматривать механические колебания.