Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Ускорение свободного падения считать равным
Оборонный маятник (маятник Бесселя) представляет собой тонкий стержень, на котором закреплены две оси
Оси должны быть расположены симметрично относительно центра стержня, расстояние между ними должно быть
Приведенной длиной физического маятника
1.1 Получите уравнение для множества точек
1.1 Из приведенной в условии формулы для периода колебаний, следует, что приведенная длина будет постоянной при выполнении условия
Данное выражение можно преобразовать к более простому и наглядному виду
Эта формула задает окружность с центром
1.2 Получите уравнение для множества точек
Чем отличается геометрия задачи при перевёрнутом положении маятника? Перечерти схему, сменив направление смещений грузов относительно осей.
Повтори тот же приём: запиши условие равенства периода
- Подставь формулу для
в условие и возведи в квадрат, убрав общие множители. - Проведи аналогичное дополнение квадрата, учтя смену знаков у слагаемых с
и . - Интерпретируй полученное выражение как уравнение окружности и выпиши её центр и радиус в терминах
и . - Выразите уравнение окружности в координатах
из полученной системы
1.2 Для перевернутого положения преобразования выполняются аналогично (можно просто изменить знаки перед параметрами
Это есть окружность, проходящая через противоположную вершину квадрата
1.3 Постройте на диаграмме множество точек
Построения данной части выполняйте в тетради и схематически.
1.3 Для того, чтобы периоды колебаний были одинаковы при обоих положениях маятника необходимо, чтобы построенные окружности совпадали. Т.е. окружность должна быть описана вокруг построенного квадрата. Уравнение этой окружности
Соответствующая ей приведенная длина оказывается равной расстоянию между осями
2.1 Установите первый груз на середине стержня
2.1 Результаты измерений зависимости периодов колебаний в прямом (
Таблица 1.
| \multicolumn{4}{c | }{Времена 10 колебаний} | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 90 | 7,02 | 6,90 | 7,50 | 7,37 | 0,696 | 0,744 |
| 95 | 7,35 | 7,28 | 7,71 | 7,64 | 0,750 | 0,768 |
| 100 | 7,94 | 7,85 | 7,78 | 7,88 | 0,790 | 0,783 |
| 105 | 8,38 | 8,35 | 7,86 | 7,89 | 0,837 | 0,788 |
| 110 | 9,06 | 8,96 | 7,98 | 7,91 | 0,901 | 0,795 |
| 115 | 9,65 | 9,74 | 8,00 | 8,08 | 0,970 | 0,804 |
| 120 | 10,63 | 10,69 | 8,21 | 8,20 | 1,066 | 0,821 |
| 125 | 12,17 | 12,09 | 8,34 | 8,31 | 1,213 | 0,833 |
| 130 | 13,59 | 13,54 | 8,36 | 8,39 | 1,357 | 0,838 |
Зависимость периода колебаний от координаты
2.2 Используя полученные данные, определите значение координаты второго груза
Где на графике найдётся точка, в которой периоды в прямом и перевёрнутом положениях совпадают? Подумай, как уточнить координату пересечения между дискретными точками.
Для уточнения используй линейную интерполяцию (или другой удобный локальный аппроксиматор) между ближайшими экспериментальными точками, где кривые пересекаются.
- Найди на графике два рядом лежащих по
измерения, между которыми функции и меняются местами (знак разности меняется). - Проведи линейную интерполяцию для обеих зависимостей в этом интервале и вычисли координату пересечения
и соответствующий период . - Оцени погрешность
и по разбросу исходных точек или по погрешностям интерполированных значений. - Выразите
и из полученной системы
2.3 Рассчитайте значение приведенной длины маятника
2.3 Приведенная длина маятника в этом случае оказывается равной
Что примерно равно расстоянию между осями маятника. Этот результат есть первое подтверждение построенной теории.
3.1 Изменяя положение второго груза
3.2 Постройте диаграмму найденных экспериментально точек
3.3 Укажите возможные причины наблюдаемых различий.
Что могло привести к расхождениям между экспериментом и идеальной теорией? Перечисли возможные физические и инструментальные причины.
Учти основные источники систематической и случайной погрешности: вклад массы стержня и осей, неточность положения осей, трение в подвесе, сопротивление воздуха, погрешности измерения времени и координат.
- Оцени влияние конечной массы стержня: как изменится момент инерции и эффективная длина при учёте массы стержня и осей.
- Оцени возможную систематическую погрешность от смещения осей или несовпадения симметрии и от трения в подвесе.
- Сопоставь величины оценённых систематических эффектов с экспериментальными отклонениями, чтобы установить доминирующие причины.
- Выразите величину возможной систематической ошибки из полученной системы


