Logo
Logo

Долгопериодный маятник

A1  ?? Используя секундомер с памятью этапов, измерьте зависимость координаты зайчика на шкале от времени $x(t)$. Постройте график полученной зависимости.

Прежде всего, успешное выполнение этого задания возможно только при правильной и аккуратной юстировке установки.

Для измерений удобно записывать в память секундомера времена прохождения зайчика через определенные точки – фактически снимается зависимость времени от координаты. Результаты этих измерений приведены в таблице ниже и на графике на рис. 1.

Ответ:
$X,~см$20151050-5-10-15-20
$T,~с$0.001.392.002.893.594.355.236.177.89
Ответ:
Рис. 1. Закон движения

Как это ни странно на первый взгляд, график является практически прямой линией – т.е. движение близко к равномерному.

A2  ?? Укажите, в каких пределах координат зайчика, его движение можно считать равномерным. Найдите скорость этого движения.

Ответ: Как следует из рисунка 1, движение можно считать равномерным в интервале координат примерно равным $[-15,+15]~см$. Скорость найденная по графику примерно равна $v = 6.3~ {см}/{с}$.
B1  ?? Исследуйте зависимость периода колебаний маятника от их амплитуды. Измерения проводите при грузах, расположенных на концах линейки. Сформулируйте закон, описывающий ваши результаты.

Ответ: Эксперимент однозначно говорит, что период колебаний от амплитуды не зависит!
B2  ?? Теоретические расчеты показывают, что при симметричном положении грузов на линейке период колебаний зависит от величины $l$ по закону
\begin{equation}
T = \sqrt{Al^2+B}
\tag{1}\end{equation}Экспериментально докажите, что данная формула является верной, рассчитайте численные значения постоянных коэффициентов $A$, $B$ в этой формуле.

Результаты измерений периодов колебаний, при различных расстояниях до грузов приведены в Таблице 2.
Таблица 2. Зависимость периода от расстояния до грузов.

$L,~см$$T,~с$ $L^2,~см$$T^2,~с$
56.87 2547.20
88.19 6467.08
109.08 10082.45
1411.35 196128.82
1814.18 324201.07
2116.46 441270.93
2418.58 576345.22

Для проверки приведенной формулы следует построить зависимость квадрата периода от квадрата расстояния.
$T = \sqrt{Al^2+B} \implies T^2 = Al^2+B$
Графики прямых измерений и возведенных в квадрат показаны на рис. 2 -3.

Рис. 2. Зависимость периода от положения грузов

Рис. 3. Зависимость квадрата от периода $l^2$

Ответ: Видно, что «квадратная» зависимость линейна, что подтверждает справедливость приведенной формулы.

По графику найдены параметры зависимости:

Ответ: \[A = 54~{см^2}/{с^2}, \qquad B=29~с^2\]