Лабораторна робота № 3

ГДЗ Фізика 7 клас Бар’яхтар

Підготовка до експерименту

Перед тим як виконувати роботу, переконайтеся, що ви знаєте відповіді на такі запитання.

1) Що називають амплітудою коливань?

Амплітудою коливань називають найбільше відхилення коливальної величини від положення рівноваги. Це максимальна відстань, на яку відхиляється тіло, що коливається, від свого положення рівноваги.

2) За якою формулою можна обчислити період коливань?

$T = \dfrac{t}{N}$ (вимірюється в секундах)

Експеримент. Опрацювання результатів експерименту

Дослідіть залежність періоду коливань маятника від його амплітуди.

Дослід 1

Відхиліть маятник на 2–3 см від положення рівноваги.
Виміряйте час, за який маятник виконає 20 коливань.
Обчисліть період коливань як $T = \dfrac{t}{N}$ ,

Дослід 2

Повторіть дослід 1, збільшивши амплітуду до 5–6 см.
Занесіть результати до таблиці.

Таблиця 1: Залежність періоду від амплітуди

Номер досліду	Довжина нитки l, м	Амплітуда коливань A, м	Число коливань N	Час коливань t, с	Період коливань T, с
1	1	0.03	20	40	2
2	1	0.05	20	40.4	2,02

Дослідження залежності періоду коливань від маси

Дослід 3

Проведіть дослід з маятником більшої маси, використовуючи ті ж умови (амплітуду та довжину нитки).
Занесіть результати до таблиці.

Таблиця 2: Залежність періоду від маси

Номер досліду	Довжина нитки l, м	Маса кульки m, кг	Число коливань N	Час коливань t, с	Період коливань T, с
1	1	0.1	20	40	2
3	1	0.2	20	40	2

Дослідження залежності періоду коливань від довжини

Дослід 4

Зменшіть довжину нитки до 25 см і повторіть вимірювання.
Занесіть результати до таблиці.

Таблиця 3: Залежність періоду від довжини

Номер досліду	Довжина нитки l, м	Число коливань N	Час коливань t, с	Період коливань T, с
1	1	20	40	2
4	0.25	20	22	1.1

Аналіз експерименту та його результатів

Висновки:

1. Вимірювані величини:

Ми навчилися вимірювати такі фізичні величини, як період коливань маятника, амплітуду коливань, та масу тягарця. Період коливань визначався шляхом вимірювання часу, за який маятник здійснює певну кількість коливань, а амплітуда — як максимальне відхилення від положення рівноваги.

2. Чинники, що вплинули на точність:

Точність вимірювання часу (реакція експериментатора при роботі з секундоміром).

3. Залежність періоду коливань:

Амплітуда: Період коливань маятника практично не залежить від амплітуди коливань, якщо амплітуда невелика.

Маса тягарця: Період не залежить від маси тягарця, що підтверджує теоретичну модель математичного маятника.

Довжина маятника: Період коливань залежить від довжини нитки. Збільшення довжини нитки призводить до збільшення періоду коливань.

Творче завдання

Не виконуючи вимірювань, визначте період коливань маятника завдовжки 4 м, амплітуда коливань якого 10 см, а маса — 300 г. Вважайте, що маятник розташований у тому самому кабінеті, де ви виконували лабораторну роботу. Свою відповідь обґрунтуйте.

Щоб визначити період коливань маятника завдовжки 4 м без виконання вимірювань, використаємо формулу періоду математичного маятника для малих кутів відхилення:

T = 2\pi \sqrt{\dfrac{l}{g}}

де:

$T$ — період коливань (у секундах),
$l$ — довжина маятника (у метрах),
$g$ — прискорення вільного падіння (приблизно $9.8 \text{ м/с}^2$ ).

Дані задачі:

Довжина маятника: $l = 4 \text{ м}$
Амплітуда коливань: $A = 0.1 \text{ м}$ (10 см)
Маса маятника: $m = 0.3 \text{ кг}$

Обґрунтування:

Амплітуда коливань: Амплітуда 10 см є малою порівняно з довжиною маятника (4 м), тому можна вважати, що кут відхилення малий, і застосування формули для простого маятника є коректним.
Маса маятника: Період коливань маятника не залежить від його маси. Це підтверджується як теоретично, так і експериментально (згідно з результатами попередніх дослідів).
Прискорення вільного падіння: Оскільки маятник знаходиться в тому ж кабінеті, що й під час лабораторної роботи, значення $g$ залишається незмінним і дорівнює приблизно $9.8 \text{ м/с}^2$ .

Розрахунок періоду коливань:

Підставимо відомі значення у формулу:

T = 2\pi \sqrt{\dfrac{l}{g}} = 2\pi \sqrt{\dfrac{4 \text{ м}}{9.8 \text{ м/с}^2}}

Виконаємо обчислення під коренем:

\sqrt{\dfrac{4}{9.8}} = \sqrt{0.4082} \approx 0.6389

Тоді період коливань:

T = 2\pi \cdot 0.6389 \approx 4.014 \text{ с}

Відповідь:

Період коливань маятника завдовжки 4 м становить приблизно $4.01 \text{ с}$ .