Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.В данной задаче конический маятник — это маленький стальной шарик, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити и совершающий равномерное движение по окружности в горизонтальной плоскости. Нить при этом описывает поверхность конуса.
В данной задаче Вам предстоит исследовать зависимость периода обращения шарика по окружности от её радиуса при движении с постоянной по модулю скоростью. Внимание! Ускорение свободного падения
Рисунок 1

1.1 Сделайте схематический рисунок при движении конического маятника. Обозначьте силы, действующие на шарик и другие необходимые вектора.
Нарисуй шарик, нить и вертикальную ось; отметь положение шарика в момент равномерного вращения и образуемый ниткой конус.
Подпиши на рисунке силы: силу тяжести и натяжение нити; укажи скорость шарика по касательной и радиус окружности в горизонтальной плоскости.
- Нарисуй разложение натяжения на вертикальную и горизонтальную (радиальную) составляющие.
- Отметь угол β между нитью и вертикалью и подпиши длину нити
и радиус окружности. - Покажи направление центростремительного ускорения к центру окружности.
- Выразите проекции сил и ускорения через обозначенные величины.
1.2 Покажите, что зависимость
Запишем второй закон Ньютона в проекции на оси координат:
$$
1.3 Получите уравнение зависимости
Выразим
Делая подстановку (9)
2.1 Исследуйте зависимость
Подумай, какой способ измерения периода даёт минимальную относительную погрешность при ручном запуске (несколько оборотов вместо одного).
Измерь время для фиксированного числа оборотов (например, 10) секундомером; период найдёшь как общее время, делённое на число оборотов, и запиши в таблицу пары
- Выбери набор значений
по меткам на бумажной полосе и для каждого зафиксируй время на оборотов. - Вычисли
для каждого и пропиши погрешность измерения времени (включая систематическую и случайную составляющие). - Составь таблицу с колонками
, , и . - Выразите
для каждого измерения через измеренные величины (в таблице должна быть колонка с ).
Измеряем время 10-и оборотов шарика по окружности с R, см Т, с
| Таблица 1. Зависимость |
||
|---|---|---|
| 13,19 | 5,0 | 1,32 |
| 13,13 | 7,5 | 1,31 |
| 13,06 | 10,0 | 1,31 |
| 12,95 | 12,5 | 1,30 |
| 12,90 | 15,0 | 1,29 |
| 12,78 | 17,5 | 1,28 |
| 12,53 | 20,0 | 1,25 |
| 12,27 | 22,5 | 1,23 |
| 12,11 | 25,0 | 1,21 |
| 11,76 | 27,5 | 1,18 |
| 11,42 | 30,0 | 1,14 |
2.2 Линеаризируйте уравнение, полученное вами в п.1.3. Укажите какие величины в полученном вами линеаризированном уравнении будут аналогичны величинам
Возведём обе части уравнения (10) в четвёртую степень, получим:
После раскрытия скобок и сокращения на
Сравнивая (13) с уравнением
2.3 Постройте график линеаризованной зависимости
Проверь масштаб графика и подумай, какие величины удобнее наносить, чтобы точки легли на прямую; отметь погрешности измерений на точках.
Линеаризуй полученную в п.1.3 зависимость, выбрав вид преобразования, при котором зависимость станет линейной, и запиши, какие именно преобразованные величины будут изображены по осям.
- Выбери, какие преобразования величин из уравнения сделают зависимость линейной и подпиши оси графика соответствующими обозначениями.
- Вычисли для каждой экспериментальной точки значения преобразованных переменных и занеси их в таблицу.
- Нанеси на координатную плоскость рассчитанные точки с погрешностями и построй аппроксимирующую прямую (на глаз или МНК).
- По уравнению полученной прямой выразите искомый период при
и оставь алгебру для вычислений.
2.4 На основе результатов эксперимента определите период обращения конического маятника, когда
3.1 Ускорение свободного падения
3.2 Определите радиус окружности, по которой должен двигаться шарик, и угол между нитью и вертикалью, когда

