Proste wahadło LMEC-3 z elektrycznym minutnikiem

Wprowadzenie

Prosty eksperyment z wahadłem jest niezbędnym doświadczeniem w nauczaniu podstaw fizyki w college'u i gimnazjum. W przeszłości eksperyment ten ograniczał się do pomiaru okresu drgań małej kulki w warunkach prostego wahadła wykonującego w przybliżeniu jednakowe wahania okresowe pod niewielkim kątem, generalnie bez związku między okresem a kątem wychylenia. Aby zbadać zależności między nimi, należy przeprowadzać okresowe pomiary przy różnych kątach wychylenia, nawet przy dużych kątach wychylenia. Tradycyjna metoda pomiaru cyklu wykorzystuje ręczny stoper, a błąd pomiaru jest duży. W celu zmniejszenia błędu konieczne jest przyjęcie wartości średniej po pomiarze wielookresowym. Ze względu na występowanie tłumienia powietrza, kąt wychylenia maleje wraz z wydłużaniem czasu, przez co nie jest możliwe dokładne zmierzenie dokładnej wartości okresu kołysania pod dużym kątem. Po zastosowaniu zintegrowanego czujnika Halla i elektronicznego timera do realizacji automatycznego pomiaru czasu, okres prostego wahadła pod dużym kątem można dokładnie zmierzyć w kilku krótkich cyklach drgań, dzięki czemu można zignorować wpływ tłumienia powietrza na kąt wychylenia , a eksperyment dotyczący zależności między okresem a kątem wychylenia można przeprowadzić płynnie. Po uzyskaniu zależności między okresem a kątem wychylenia, okres drgań z bardzo małym kątem wychylenia można dokładnie zmierzyć poprzez ekstrapolację do zerowego kąta wychylenia, tak aby można było dokładniej zmierzyć przyspieszenie ziemskie.

Eksperymenty

1. Zmierz okres wahania przy ustalonej długości struny i oblicz przyspieszenie ziemskie.

2. Zmierz okres kołysania, zmieniając długość struny i oblicz odpowiednie przyspieszenie grawitacyjne.

3. Sprawdź, czy okres wahadła jest proporcjonalny do kwadratu długości struny.

4. Zmierz okres wahań, zmieniając początkowy kąt wychylenia i oblicz przyspieszenie ziemskie.

5. Użyj metody ekstrapolacji, aby uzyskać dokładne przyspieszenie grawitacyjne przy bardzo małym kącie kołysania.

6. Zbadaj wpływ efektu nieliniowego przy dużych kątach wychylenia.

Specyfikacje