практикум_механика (1) (1106030), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Установить датчик 20 строго на нулевой отметке шкалы 8 отсчета амплитуды колебаний маятника.
Включить электронный секундомер нажатием клавиши СЕТЬ. Поставить переключатель 17 в положение 
измерения частоты колебаний маятника.
Отклонить маятник на угол 
и привести секундомер в исходное состояние нажатием клавиши СБРОС.
Отпустить стрелку маятника и проследить за ее движением относительно шкалы. В момент прохождения стрелки через ноль шкалы автоматически начинается отсчет времени и числа полных колебаний.
Завершить отсчет времени нажатием клавиши СТОП при появлении на двузначном индикаторе цифры на единицу меньшей нужного Вам числа колебаний.
Расчет частоты 
произвести по формуле (19).
Методика измерения коэффициента затухания 
колебаний маятника
Включить цепь электромагнита и установить поворотом ручки 15 первое из указанных преподавателем значений величины тока в его цепи.
Пользуясь секундомером 16, по методике описанной выше, произвести измерение времени 
полных затухающих колебаний маятника. Отклонить маятник вправо на угол, близкий к максимальному, например,
, отпустить его и заметить по шкале 8 величину амплитуды 
-го колебания маятника при отклонении стрелки также вправо. Величину для повышения точности измерений следует брать 
.
Если требуется статистическая обработка результатов измерений, повторите измерение амплитуды несколько раз.
Пользуясь формулой (20), рассчитать величину коэффициента затухания , соответствующего заданному преподавателем значению тока 
в цепи электромагнитного тормоза.
Методика измерения амплитуды 
Включить блок питания 9 электродвигателя, обеспечивающий вынужденные колебания системы.
Установить поворотом ручки 10 минимальную частоту вращения вала двигателя.
Подождать установления колебаний и измерить амплитуду вынужденных колебаний маятника при любом из рекомендованных значений коэффициента затухания 
Эту амплитуду считать равной величине 
(см. формулу (21)).
Методика получения резонансной амплитудной характеристики крутильного маятника
Перед измерением следует убедиться, что стрелка маятника в состоянии покоя находится на нуле шкалы, а указатель рычага при его движении отклоняется от нуля в обе стороны на одинаковый угол. Если не выполняется первое условие, необходимо освободить один конец спиральной пружины и сместить его так, чтобы стрелка встала на нуль и вновь закрепить. Второе условие не выполняется в случае деформации указателя рычага. Деформацию необходимо устранить с помощью лаборанта.
Включить цепи питания электромагнитного тормоза и электродвигателя.
Довести силу тока в цепи электромагнита поворотом ручки 15 до величины, соответствующей первому значению коэффициента затухания 
. Следует иметь в виду, что первое значение коэффициента затухания должно быть достаточно большим (величина тока в цепи электромагнитного тормоза должна быть не менее 0,5А), чтобы выйти за пределы неустойчивого режима колебаний, имеющего большое время установления.
Постепенно увеличивая число оборотов вала двигателя, а следовательно и частоту 
вынужденных колебаний маятника, найти такое ее значение, которое соответствует максимальной амплитуде колебаний. Выждать установления колебаний маятника. Меняя частоту в сторону меньших, а затем больших значений, убедиться по максимуму амплитуды, что найдена резонансная частота 
.
Пользуясь секундомером 16, определить время 
десяти полных колебаний рычага 2, а затем вычислить резонансное значение частоты по формуле
По шкале 8 отсчитать соответствующее этой частоте значение амплитуды 
.
Измерить еще восемь пар значений: частота внешнего воздействия – амплитуда колебаний. Четыре пары значений – для частот, меньших резонансного значения, а четыре – для частот, больших . Интервал между частотами следует выбирать так, чтобы последним значениям частоты соответствовали амплитуды, составляющие не более 20-30% от величины амплитуды в резонансе.
Условия применимости метода
Колебания крутильного маятника Поля, как и колебания маятников других типов, могут считаться гармоническими при отсутствии трения в системе, если не нарушается закон Гука для упругой деформации изгиба пружины маятника. Закон Гука для деформации изгиба имеет сложный вид и может быть записан через удлинение 
пружины или угол ее закручивания 
.
В любом случае относительное удлинение 
должно оставаться малым. Добиться этого можно двумя путями. Первый – обеспечить малую деформацию пружины Второй – выбрать ее длину 
настолько большой, чтобы даже при значительном , относительное удлинение оставалось малым. В маятнике Поля используется очень длинная пружина. Для уменьшения размеров она свернута в спираль.
Второе существенное ограничение метода, которое следует учитывать – это ограничение амплитуды колебаний. В эксперименте необходимо обеспечить режим малых колебаний, так как при больших амплитудах колебания перестают быть гармоническими. В маятнике Поля за счет выбора пружины большой длины и сворачивания ее в спираль колебания остаются гармоническими даже при углах закручивания пружины в 
.
Порядок выполнения лабораторной работы
Эксперимент 1. Измерений собственной частоты свободных колебаний маятника Поля
Выполнить эксперимент по методике, изложенной в предыдущем соответствующем пункте. Измерения повторить 5 раз. Результат занести в таблицу 1.
Таблица 1
| номер измерения | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | среднее значение |
| время
|
(c)По результатам измерений вычислить среднее значение времени 
и по формуле (19) найти собственную круговую частоту колебаний маятника.
Эксперимент 2. определение величины коэффициента затухания колебаний маятника Поля
Включить блок питания 14 электромагнитного тормоза и установить ручкой 15 по шкале 18 величину тока, указанную преподавателем.
Эксперимент провести по методике, описанной выше в соответствующем разделе.
Для заданного преподавателем значения тока сначала измерить время 10 полных затухающих колебаний маятника и занести его в таблицу 2, а затем измерить амплитуды начального 
и -го колебания и занести их в таблицу 3. Все измерения повторить по пять раз.
Таблица 2
| величина тока
| номер изме- рения | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | среднее значение
|
( |
|
| время
(c) | |||||||
|
| ||||||||
|
|
,(А)
)Таблица 3
| величина тока
| номер изме- рения ампли- туда | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | среднее значение
|
|
|
|
| |||||
|
|
| ||||||
|
|
|
| |||||
|
|
| ||||||
|
|
|
| |||||
|
|
|
Аналогичные измерения выполнить еще для двух значений 
и 
тока в цепи электромагнитного тормоза и результаты также занести в таблицы 2 и 3.
По результатам измерений для величины тока вычислить и занести в таблицы 2 и 3 среднее значение времени 
и средние значения амплитуд
Аналогичным образом произвести расчеты величин, соответствующих значениям токов и .
Вычислить по формуле (20) пять значений коэффициента затухания , соответствующих току , используя результаты таблиц 2 и 3. Аналогичные вычисления произвести для величин 
и 
, соответствующих токам и . Результаты расчетов занести в таблицу 4.
Рассчитать средние значения коэффициентов затухания 
, 
, 
и занести их тоже в таблицу 4.
Таблица 4
| величина тока
| номер изме- рения | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | среднее значе-ние
|
|
|
| ||||||
|
|
| ||||||
|
|
|
Эксперимент 3. Измерение амплитуды колебаний маятника Поля при частоте вынуждающей силы 
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
