Порядок выполнения работы Упражнение 1. Изучение влияния амплитуды на период свободных колебаний физического маятника

Период колебаний физического маятника согласно (1.1) практически не зависит от фазы и амплитуды только в случае малых колебаний, т.е. когда . При больших качаниях маятника наблюдается так называемая ангармоничность колебаний, т.е. зависимость частоты ω и, следовательно, периода T от амплитуды колебаний. В данном упражнении ставится задача экспериментально определить предельную угловую амплитуду, меньше которой колебания физического маятника можно считать гармоническими.

В качестве физического маятника используется однородный стальной стержень длины . На конце стержня необходимо закрепить опорную призму, острое ребро которой является осью качания маятника. Нижний кронштейн вместе с фотоэлектрическим датчиком отрегулировать таким образом, чтобы второй конец маятника пересекал оптическую ось датчика.

Измерить время 10 полных колебаний при отклонениях маятника на 11; 9; 7; 5; 3; 2⁰ по зеркальной шкале. Результаты занести в табл. 1.1. Для каждого значения угла отклонения период колебаний определяют не менее трех раз и вычисляют его среднее значение

. (1.2)

Построить график зависимости периода колебаний от амплитуды отклонения и по графику определить предельный угол отклонения , при котором период начинает зависеть от амплитуды. При дальнейших измерениях необходимо соблюдать условие .

Таблица 1.1

Номер опыта	Измерения	Отклонение маятника
		2	3	4	7	9	11
1	N
	t,c
	T,c
2	N
	t,c
	T,c
3	N
	t,c
	T,c
<T>, c

Упражнение 2. Определение ускорения свободного падения с помощью физического маятника

В случае однородного стержня момент инерции маятника согласно теореме Штейнера определяется выражением

, (1.3)

где – длина стержня; – расстояние от точки опоры до центра масс.

С учетом этого уравнение (1.1) преобразуется к виду

. (1.4)

Перемещая опорную призму стержня начиная от конца к середине, установить зависимость периода колебаний физического маятника Т от расстояния между точкой опоры и центром масс . При каждом значении определить время 10 колебаний не менее 3 раз и занести данные в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Номер опыта
1
-----
6

Призму перемещать на 3 риски стержня не менее 6 раз. Заполнить табл. 1.2 и построить график в координатах от . Убедиться, что график имеет прямолинейный характер. Из полученных экспериментальных данных определить .

L_c²,

м²

Из рис. 1.3 видно, что коэффициент наклона

. (1.5)

С учетом уравнения (1.4)

. (1.6)

Таким образом,