Номер 1, страница 132 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Спланируйте эксперимент с участием магнитных сил, имитирующих увеличение ускорения свободного падения и действующих на колеблющийся нитяной маятник. Проведите этот эксперимент и сделайте вывод о качественной зависимости периода колебаний от ускорения свободного падения.

Для ответа на этот вопрос необходимо разработать план эксперимента, описать его проведение и сформулировать итоговый вывод.

План эксперимента

1. Цель эксперимента: Установить качественную зависимость периода колебаний нитяного маятника от ускорения свободного падения, используя магнитные силы для имитации увеличения этого ускорения.

2. Теоретическое обоснование: Период малых колебаний нитяного маятника описывается формулой $T = 2\pi\sqrt{\frac{l}{g}}$, где $l$ — длина нити, а $g$ — ускорение свободного падения. Из формулы видно, что период обратно пропорционален квадратному корню из ускорения свободного падения. Для имитации увеличения $g$ можно использовать дополнительную силу, направленную вертикально вниз. Если взять маятник с грузом из ферромагнитного материала (например, стали) и расположить под его точкой равновесия сильный магнит, то на груз будет действовать дополнительная сила магнитного притяжения $F_м$ вниз. Это эквивалентно увеличению ускорения свободного падения до эффективного значения $g_{эфф} = g + \frac{F_м}{m}$, где $m$ — масса груза. Следовательно, можно ожидать, что период колебаний в присутствии магнита уменьшится.

3. Оборудование:

• Штатив с муфтой и лапкой.
• Нить.
• Груз из ферромагнитного материала (например, стальной шарик).
• Сильный постоянный магнит.
• Секундомер.
• Измерительная лента.

Проведение эксперимента

Эксперимент проводится в два этапа.

Этап 1: Измерение периода без магнитного поля.

1. Собрать установку: подвесить стальной шарик на нити к штативу.
2. Измерить длину нити $l$.
3. Отклонить маятник от положения равновесия на небольшой угол (до 10°) и отпустить его.
4. С помощью секундомера измерить время $t_1$, за которое маятник совершит $N$ полных колебаний (например, $N = 20$).
5. Рассчитать период колебаний по формуле $T_1 = \frac{t_1}{N}$.

Этап 2: Измерение периода с магнитным полем.

1. Поместить сильный магнит на основание штатива строго под положением равновесия маятника.
2. Повторить пункты 3-5 из первого этапа: отклонить маятник на тот же угол, измерить время $t_2$ для $N$ колебаний и рассчитать новый период $T_2 = \frac{t_2}{N}$.

Вывод

После проведения измерений и расчетов необходимо сравнить полученные значения периодов $T_1$ и $T_2$. Эксперимент покажет, что $t_2 < t_1$, и, следовательно, $T_2 < T_1$.

Поскольку наличие магнита под маятником имитирует увеличение ускорения свободного падения, а период колебаний при этом уменьшается, можно сделать следующий качественный вывод: с увеличением ускорения свободного падения период колебаний нитяного маятника уменьшается.

Ответ: Эксперимент заключается в сравнении периода колебаний нитяного маятника с ферромагнитным грузом в двух ситуациях: в обычном гравитационном поле Земли и в поле, где к силе тяжести добавляется сила притяжения от магнита, расположенного под маятником. Эта дополнительная сила имитирует увеличение ускорения свободного падения. Измеряется период колебаний сначала без магнита ($T_1$), а затем с магнитом ($T_2$). Результаты покажут, что $T_2 < T_1$. Вывод: увеличение ускорения свободного падения ведет к уменьшению периода колебаний нитяного маятника.