Схема эксперимента

Принцип

Тело совершает крутильные колебания с периодом T. По известным физическим характеристикам тела и величине периода колебаний определить жесткость пружины маятника.

Цель

1. Исследовать зависимость периода колебаний от момента инерции крутильного маятника.

2. Определить жесткость пружины методом крутильного маятника.

3. Определить коэффициент затухания и коэффициент трения крутильного маятника.

Экспериментальная установка

Рисунок 1 Экспериментальная установка.

Обозначения: образцы - тела вращения: 1 – толстый диск, 2 - тонкий диск с перемещаемой осью, 3 – сплошной цилиндр, 4 – полый толстостенный цилиндр, 5 - шар; 6 – штанга (стержень с надетыми на него грузами); 7 – крутильный маятник (образец на пружинном подвесе, закрепленные на основании); 8 – световой затвор; 9 – секундомер.

Схема эксперимента

Маятником называется система, совершающая механические колебания. Необходимым условием возникновения таких колебаний является наличие силы, возвращающей систему в положение равновесия. В качестве такой возвращающей силы может выступать, например, сила тяжести (математический маятник) или сила упругости (пружинный маятник, и наш случай – крутильный маятник). Движение тела, совершающего колебания, может быть как поступательным, так и вращательным. В крутильном маятнике, как следует из его названия, тело периодически меняет направление вращения.

В лабораторной работе, для упрощения эксперимента, использованы образцы в виде тел вращения (осесимметричные).

Рисунок 2. Схема эксперимента.

Обозначения в формулах:

I – момент инерции,

w – угловая скорость,

M – момент силы,

j – угол поворота,

j₀ – амплитуда колебаний,

a – начальная фаза колебаний,

G – коэффициент упругости пружины

R – радиус тела вращения,

m – масса тела вращения,