Лабораторна робота № 5. Дослідження коливань нитяного маятника

Мета роботи. Дослідити нитяний маятник, з’ясувати, від чого залежить його період коливань.

Прилади і матеріали: годинник із секундною стрілкою, вимірювальна стрічка, нитка, штатив, набір тягарців, транспортир.

Теоретичні відомості

Маятником називають тіло, що коливається під дією сили тяжіння або сили пружності. Існує кілька типів маятників: нитяний, фізичний, пружинний.

Нитяним маятником називають точкове тіло, підвішене на невагомій і нерозтяжній нитці, яка здійснює рух у вертикальній площині під дією сили тяжіння.

Період коливань математичного маятника залежить від довжини нитки та його положення на земній поверхні. Переконайтесь на цьому під час виконання лабораторної роботи.

Хід роботи

1. На краю стола встановіть штатив. Візьміть нитку завдовжки 1 м і підвісьте на ній тягарець.

2. Відхиліть маятник на невеликий кут (5°) і без поштовху відпустіть. Пропустіть декілька коливань, а потім за допомогою секундоміра визначіть час t, за який маятник здійснює N = 20 повних коливань.

3. Повторіть дослід кілька разів й визначте середнє значення часу, за який маятник здійснює 20 коливань.

4. Розрахуйте період коливань та їх частоту.

Таблиця 1

№ досліду	Кількість коливань N	Час коливань t, с	Середнє значення часу коливань t_cep, С	Період коливань Т, с	Частота коливань v, Гц

Додаткові завдання

І. З’ясувати залежність між довжиною маятника і періодом його коливань.

1. Зменшіть довжину нитки у 2 рази і знову визначте період коливань T₂.
2. Виконайте те саме з у чотири рази коротшим маятником (l_з = 25 см).

Таблиця 2

№ досліду	Довжина маятника l, м	Час коливань t, с	Період коливань T, с

3. Зробіть висновок щодо залежності періоду коливань від довжини нитки.

II. З’ясувати залежність між масою маятника і періодом його коливань.

4. Зафіксуйте довжину нитки маятника (наприклад, 50 см) і підвісьте на ній один тягарець. Виконайте вимірювання.
5. Не змінюючи довжини нитки маятника, підвісьте на ній два тягарці (три тягарці) і виконайте вимірювання.

Таблиця 3

№ досліду	Маса маятника m, кг	Час коливань t, с	Період коливань Т, с

6. Зробіть висновок щодо залежності періоду коливань маятника від його маси.

III. З’ясувати, як залежить період коливань маятника від кута відхилення.

7. Виконайте три досліди, фіксуючи за допомогою транспортира початковий кут відхилення маятника (5°, 10°, 15°). З’ясуйте, як залежить період коливань маятника від кута відхилення.

Таблиця 4

№ досліду	Кут відхилення β, ₀	Час коливань t, с	Період коливань Т, с

Контрольні запитання

1. Вкажіть, які фізичні величини характеризують коливання математичного маятника.
2. Чому для визначення періоду коливань визначають час, за який маятник здійснює 20 коливань, а не безпосередньо визначають час одного коливання?

Зміст