Изучение вертикальных и крутильных колебаний на маятнике Уилберфорса

УДК 539.3

Л.В. Нагаева, студентка; В.А.Васильева, студентка; В.И. Шарлаимов, канд.техн.наук, доцент

Комсомольский – на – Амуре государственный технический университет

 

ИЗУЧЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ И КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ НА МАЯТНИКЕ УИЛБЕРФОРСА

В механике очень давно исследуется движение пружинного маятника. Простота конструкции и обилие физических явлений, сопровождающих его движение, позволяет использовать этот маятник для многих целей. Но не все физические эффекты, сопровождающие его движение, широко представлены в учебной литературе. Например, одним из таких явлений можно назвать возникновение крутильных колебаний у маятника, реализованного на основе витой пружины.

Мы поставили своей задачей наблюдение вертикальных и крутильных колебаний, исследование их зависимостей от параметров маятника (в частности от вида закрепления пружины – шарнирно или жестко).

Экспериментальная установка для изучения колебаний представлена на рисунке 1, где 4 - витая пружина, 2 - поперечный стержень с грузиками (3), 1 - стержень.

Конструкция маятника обеспечивает устойчивость к колебаниям вокруг горизонтальной оси и позволяет изменять момент инерции механической системы.

Для наблюдения вертикальных колебаний приводим маятник в движение (оттянув вниз и отпустив). Замеряем время, за которое маятник совершит 5 полных колебаний.

Рисунок 1. Схема маятника

Для наблюдения крутильных колебаний так же приводим маятник в движение, но уже при этом закручиваем поперечный стержень.

Эксперименты проводились для обоих видов закрепления пружины.

По полученным экспериментальным данным были построены зависимости частоты от момента инерции системы. По графикам можем сделать вывод, что у вертикальные колебания зависимость линейная.

В случае же крутильных колебаний мы получили, что график зависимостей для жесткого закрепления пружины близок к параболическому, а для шарнирного – практически линейный.

Рисунок 2. График зависимостей частоты от момента инерции : а) для случая шарнирной заделки; б) для случая жесткой заделки.

Рекомендуем к внедрению в учебный  процесс для студентов специальности «динамика и прочность машин» на установке, изготовленной кафедрой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.  ·  В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В.А. Караваев, Колебания и волны. Лекции. Изд-во Физического факультета МГУ, 2001 г., 144 с.

2.  ·  В. А. Алешкевич, Л. Г. Деденко, В.А. Караваев, Механика сплошных сред. Лекции. Изд-во Физического факультета МГУ, 1998 г., 92 стр., илл.

3.  А. В. Александров, В. Д. Потапов, Б. П. Державин, Сопротивление материалов, М, Высшая школа, 1995г.