Номер 3, страница 189 - гдз по физике 9 класс учебник Шахмаев, Бунчук

Глава 10. Механические колебания и волны. Параграф 40. Период колебаний нитяного маятника - номер 3, страница 189.

Условие.

3. Как измерить период собственных колебаний нитяного маятника опытным путем?

Решение.

Для экспериментального измерения периода собственных колебаний нитяного маятника необходимо измерить время, за которое маятник совершает определенное число полных колебаний, а затем разделить это время на число колебаний. Такой метод позволяет значительно уменьшить случайную погрешность измерений, связанную с реакцией экспериментатора при включении и выключении секундомера, по сравнению с измерением времени одного колебания.

Необходимое оборудование:

1. Нитяной маятник (небольшой тяжелый груз, например, металлический шарик, подвешенный на тонкой, прочной и нерастяжимой нити).
2. Штатив с муфтой и лапкой для закрепления маятника.
3. Секундомер.

Порядок проведения эксперимента:

1. Соберите экспериментальную установку: закрепите верхний конец нити маятника в лапке штатива так, чтобы груз мог свободно колебаться, не задевая основание штатива или стол.

2. Отклоните груз маятника от положения равновесия на небольшой угол (обычно не более 5–10 градусов, чтобы колебания были близки к гармоническим) и отпустите его без начальной скорости.

3. Дождитесь, пока колебания маятника станут устойчивыми.

4. Выберите момент, когда маятник проходит центральное, самое нижнее положение (положение равновесия), и в этот момент включите секундомер. Одновременно начните отсчет колебаний (это будет нулевой момент).

5. Сосчитайте $\text{N}$ полных колебаний. Полное колебание — это движение маятника, после которого он возвращается в исходную точку и движется в том же направлении (например, от положения равновесия до крайнего правого положения, затем до крайнего левого и обратно в положение равновесия). Для уменьшения погрешности рекомендуется брать достаточно большое число колебаний, например, $N = 20-50$.

6. В момент, когда маятник завершит $\text{N}$-е полное колебание (снова пройдет положение равновесия в том же направлении, что и в начале отсчета), остановите секундомер. Запишите полученное значение времени $\text{t}$.

Обработка результатов:

1. Период колебаний $\text{T}$ вычисляется по формуле:

$T = \frac{t}{N}$

где $\text{t}$ — общее время колебаний, а $\text{N}$ — число полных колебаний.

2. Для получения более точного результата и оценки погрешности рекомендуется провести опыт несколько раз (например, 3-5 раз), каждый раз измеряя время для того же числа колебаний $\text{N}$. Затем следует найти среднее арифметическое значение периода:

$T_{ср} = \frac{T_1 + T_2 + \dots + T_n}{n}$

Ответ: Чтобы измерить период собственных колебаний нитяного маятника опытным путем, необходимо запустить его колебания, а затем с помощью секундомера измерить промежуток времени $\text{t}$, за который маятник совершает большое, заранее определенное число полных колебаний $\text{N}$ (например, 30). Период колебаний находится путем деления общего времени на число колебаний по формуле $T = \frac{t}{N}$. Для повышения точности измерения повторяют несколько раз и находят среднее значение периода.