Физика \ Физика

Определение скорости снаряда с помощью баллистического маятника, страница 2

5.  Определение угловой скорости и углового ускорения. Как направлен вектор угло­вой скорости?

6.  Сформулируйте закон динамики вращательного движения. Дайте определения входящих в него величин.

7.  Какие колебания называются гармоническими'7

8.          Что такое период колебаний и как его определить7
9.   Вывести расчётные формулы.

Определение ускорения свободного падения

Цель работы: изучение методов измерения интервалов времени с помощью осцилло­графа, определение ускорения свободного падения тела.

Оборудование: рабочая установка, осциллограф.

Общиесведения

Движение тел под действием силы тяжести является равноускоренным и называется свободным падением. Величина ускорения свободного падения gпостоянна для данной точ­ки поверхности Земли.

Существуют различные методы определения ускорения свободного падения. Напри­мер, нахождение его величины по периоду колебания физических тел. Рассмотрим метод из­мерения gпо времени падения тела с заданной высоты.

Если тело в начальный момент времени неподвижно, то при свободном падении за

время tоно пройдет расстояние h, определяемое   по   формуле  .   Отсюда найдем ускорение свободного падения. В лабораторных условиях величины высоты hтаковы, что измерения времени t следует выполнять с точностью не хуже, чем 0,01 с. Такие измерения вполне могут быть сделаны с помощью осциллографа или других измерителей времени.

При падении тяжелого тела малых размеров с небольшой высоты сопротив­лением воздуха обычно пренебрегают.

Рабочая установка состоит из стойки 1, стеклянной трубки 2, магнита 3 и реги­стрирующего устройства (фотоэлемента) 4. Датчик с фотоэлементом может в определенных пределах сдвигаться по трубке и фиксироваться на ней с помощью винта 5 (рис. 1).В качестве падающего тела используется стальной шарик, который удерживается в верхнем положении электромагнитом. При нажатии кнопки «Запуск» электронного блока 6 магнит отключается. Шарик начинает дви­жение, а на клеммах А формируется короткий импульс (рис. 2).

Если измерения времени проводятся с помощью осциллографа, то импульс А запускает генератор развертки и светящаяся точка на экране начинает движение. В тот момент когда шарик пролетает через датчик, он пересекает световой луч. В результате чего на клеммах В появ­ляется второй импульс, который наблюдается на экране осциллографа. Так как осциллограф  имеет калиброванную развертку, т.е. луч сме­щается на определенное расстояние по горизонтали за строго определенное время, то по расстоянию ме­жду импульсами А и В на экране можно определить время падения шарика с заданной высоты.
Например, если скорость развертки осциллографа равна 0,05 ms/дел, а расстояние между импульсами  А и В на экране 4 дел, то время падения равно 0,2 s.

Порядок выполнения работы

1.  Ознакомиться с заводскими описаниями осциллографа, принципом его действия, изучить методику определения временных интервалов.

2.  Включить рабочую установку – блок 6 (рис.1).

3.  Включить осциллограф. Установить частоту генератора развертки 50 ms/дел. Ручка плавной регулировки частоты генератора должна быть повернута вправо до упора. Перевести его в режим внешней синхронизации переключателем режима работа генератора развертки. Соединить входы осциллографа «Внеш. запуск» и «ВХ. Y» соответственно с клеммами А и В на электронном блоке установки. Ручкой  «Стаб» (стабильность)  на панели осциллографа добиться того, чтобы при нажатии кнопки «Запуск» на блоке 6 (рис.1) осциллограф надежно запускался, т.е. однократно пробегал луч по экрану. Причем луч должен обязательно появляться слева вначале измерительной шкалы на экране осциллографа.

4.  Установить фотоэлектронный датчик на стеклянной трубке в определенном положении, зафиксировать это положение с помощью винта.

5.  Поместить стальной шарик на сердечник электромагнита.

6.  Измерить и занести в таблицу расстояние h1от нижнего края шарика до датчика,
учитывая, что световой луч лежит в плоскости кольцевой риски, нанесенной на обод датчи­ка.

7.   Нажать кнопку «Запуск» и определить время падения шарика.

8.  Опыт провести 5 раз, значения времени занести в таблицу 1.

9.  Повторить измерения для другого значения h2. Данные занесите в аналогичную таблицу 2, которую постройте самостоятельно.

Таблица 1

i

ti

Dti=ti–<t>

<t>

Dt

h

Dh

g

Dg

1

2

3

4

5

Обработка результатов измерений

Обработка проводится с использованием теории погрешности.

1.  Найти среднее значение времени падения по формуле

,

где n – число измерений (для данного случая п = 5).

2.  Определить ошибку измерения времени по формуле

,

где  tan – коэффициент Стьюдента (при a=0,95    и  n = 5 коэффициент   tan =2,8),    dt –аппаратурная погрешность;   Dti – абсолютная ошибка отдельного измерения.

3.   Ошибка измерения высоты Dhопределяется точностью используемого прибора.
Если измерения проводятся с помощью линейки, то за  Dhможно принять половину цены
деления линейки.

4.  Найти ошибку определения gпо формуле

Dg= eágñ,                                                                    (2)

где – относительная ошибка

5.   Используя формулы (1) и (2), подсчитать результаты и представить их в виде

g = (ágñ ± Dg) м/с2.

По результатам работы оценить степень точности определения ускорения свободного паде­ния по данной методике.

При расчете по формуле (1) используется среднее значение времени átñ

Контрольные вопросы

1.  Какое движение называется свободным падением? Каков характер этого движения?

2.  Что называется скоростью, ускорением? Каковы единицы измерения этих величин?

3.  От чего зависит ускорение свободного падения?

4.  Опишите метод измерения ускорения свободного падения, применяемый в данной
работе.

5.  Каковы основные источники погрешности при определении ускорения свободного
падения в данной работе?

Скачать файл