Порядок виконання роботи

1. Увімкнути установку балістичного маятника в електро-мережу (натиснути на кнопку „Сеть”).

2. Перевірити, чи маятник перебуває в нульовому положенні. У разі потреби зробити коректування.

3. Встановити додаткові тягарі на відстані R₁. Заспокоїти маятник і зарядити кулю в пружинний пістолет. Зробити постріл i виміряти кут максимального відхилення маятника . Вимірювання можна робити лише в тому випадку, коли кулька залипла в пластиліні.

4. Натиснути на кнопку „Сброс”. У цьому разі обнуляться цифрові індикатори i почнеться цикл вимірювання часу та кількості періодів. Коли на лічильнику періодів з’явиться цифра 9, натиснути кнопку на „Стоп”. Через один період закінчиться цикл вимірювання. На лічильнику періодів висвітиться цифра 10, а мілісекундомір покаже час t₁, впродовж якого маятник зробив десять коливань. Виконати ці вимірювання п’ять разів. Результати вимірювань записати в таблицю.

5. Встановити тягарі на відстані R₂. Виконати п’ять разів вимірювання часу t₂ (аналогічно до вимірювання часу t₁). Результати вимірювань записати в таблицю.

6. На аналітичних терезах визначити масу кульки m. За шкалою, нанесеною на чашці з пластиліном, виміряти відстань l.

7. За робочою формулою (11) обчислити швидкість польоту кулі.

8. Розрахувати абсолютну та відносну похибки швидкості польоту кулі.

Контрольні запитання

1. Що називають моментом інерції, моментом сили, моментом імпульсу?

2. Сформулюйте i запишіть закони збереження моменту імпульсу та збереження механічної енергії.

3. Який удар називають непружним? Чим забезпечують непружну взаємодію кулі з маятником?

4. Запишіть закон збереження моменту імпульсу для випадку непружного зіткнення кулі з балістичним маятником, поясніть його.

5. Запишіть закон збереження механічної енергії для балістичного маятника, який виконує крутильні коливання.

Форма звіту до лабораторної роботи 129.

1. Завдання.

2. Рисунок установки.

3. Робоча формула з розшифруванням величин.

4. Формули для обчислення похибок:

.

5. Результати вимірювань та обчислень:

; ; ;

; ; .

Номер за пор.	t1i, c	t1i, c	T1i, c	t2i, c	t2i, c	T2i, c	v, м/с	v, м/с
1 - 5
с/зн

; .

6. Кінцевий результат:

; ; ; .

7. Висновки.

Лабораторна робота 130. Визначення швидкості звуку і модуля Юнга в твердих тілах

Завдання: визначити швидкість звуку і модуль Юнга шляхом вимірювання резонансних частот звукових коливань в металевих стержнях.

Приладдя: лабораторна установка, осцилограф, звуковий генератор, досліджувані стержні, лінійка.

Теоретичний матеріал: хвильовий процес, хвильове рівняння, рівняння стоячої хвилі, швидкість розповсюдження звуку в пружному середовищі.

Література:

1. Р.5. §§. 5.3; 5.4; Р.11. §§. 11.1 – 11.6 ; Р.12. §§. 12.1 – 12.4;

2. Р.9 §§. 9.1 – 9.6;

3. §§. 11; 16.4; 16.7;

4. §§. 71 – 75; §.19.

О пис установки. Установка складається з основи 1, тримача 2, стержня 3, електромагнітів для збудження 4 і прийому поздовжніх коливань досліджуваного стержня.

Змінна електрична напруга подається від звукового генератора 5 до котушки збудження. Внаслідок дії на кінець стержня періодичної сили з частотою, заданою генератором, в феромагнітному стержні збуджуються поздовжні хвилі. Для збудження поздовжніх хвиль в немагнітному матеріалі (мідь, латунь, алюміній) до його кінців прикладені тонкі диски з м’якого заліза. Правий електромагніт перетворює звукові коливання в електричні. Підсиленні електричні коливання простежуються на екрані осцилографа 6.

Виведення робочої формули. У ізотропних твердих тілах поширюються поздовжні й поперечні хвилі. Швидкість поширення звукових хвиль залежить від пружних властивостей тіл. Швидкість поширення поздовжніх звукових хвиль в стержні, довжина якого багато більша від його поперечних розмірів, визначається виразом

(1)

де - модуль Юнга матеріалу, з якого виготовлений стержень, - густина матеріалу.

Внаслідок дуже слабкого загасання пружної хвилі в стержні і навколо відбивання на межі розділу стержень-повітря при відповідних частотах коливань утворюються стоячі хвилі, при закріпленні стержня посередині вузол стоячої хвилі міститься в місці кріплення, а пучності спостерігатимуться на кінцях стержня. Як віддаль між вузлами дорівнює половині довжини хвилі, то на стержні вкладається непарне число півхвиль ( ). Цю умову можна записати так:

, де 0, 1, 2, 3... (2)

Оскільки довжина хвилі , де - частота коливань, то з (2) отримуємо формулу для розрахунку швидкості поздовжньої звукової хвилі в стержні

. (3)

Визначивши з виразу (3) швидкість і скориставшись виразом (1), знаходимо модуль Юнга матеріалу стержня

(4)