Ćwiczenie Nr 215

Temat: Badanie drgania tłumionego cewki galwanometru lusterkowego

I. LITERATURA

1. R.Resnick, D.Halliday Fizyka, t. I i II, PWN, W-wa.

2. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki w politechnice, praca zbiorowa pod red. T.Rewaja, PWN, W-wa 1978.

3. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych, pod red. F.Kaczmarka, PWN, W-wa 1982.

II. TEMATY TEORETYCZNE

Mechaniczne drgania tłumione, drgania tłumione w obwodzie RLC, drgania tłumione cewki galwanometru (według
).

III. ZADANIA DOŚWIADCZALNE

1. Zmierzyć okres drgań "swobodnych" cewki galwanometru
.

2. Wyznaczyć i wykreślić zależność dekrementu logarytmicznego tłumienia układu drgającego od wartości oporu tłumiącego
, dekrement logarytmiczny tłumienia obliczyć ze wzoru:

,

3. Obliczyć (ze wzoru
) i wykreślić zależność współczynnika tłumienia układu drgającego od wartości dekrementu logarytmicznego
.

4. Zmierzyć i wykreślić zależność
(dla dowolnego oporu tłumiącego w przypadku ruchu drgającego). Wykreślić zależność
.

5. Wyznaczyć opór krytyczny dla galwanometru.

IV. ZESTAW POMIAROWY

Galwanometr lusterkowy, stabilizowany zasilacz prądu, płytka z oporami, stoper (wypożyczyć pod zastaw legitymacji w pok. 722).

V. WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Połączyć układ wg schematu.

2. Zewrzeć wyłącznik
, włączyć oświetlenie galwanometru i skorygować ustawienie plamki na zerze (środek skali).

3. Włączyć zasilacz, rozewrzeć wyłącznik
(gałęź BC jest otwarta), wcisnąć i przytrzymać wyłącznik
, pokrętłem zasilacza ustalić taką wartość natężenia prądu, aby plamka świetlna wychyliła się na całą skalę (będzie to amplituda
). Punkt "C" układu nie powinien być połączony z żadnym z oporników R1-R10).

4. W celu zmierzenia okresu drgań swobodnych cewki galwanometru
puścić przycisk wyłącznika
i zmierzyć czas trwania n okresów (np., n = 10). Czyn-ność powtórzyć pięciokrotnie. Zanotować (za każdym razem), dwie kolejne (w tę samą stronę) amplitudy
i
.

UWAGA:

Pomiar czasu rozpoczynać i kończyć w momencie przechodzenia plamki przez zero po wykonaniu całkowitej liczby drgań.

5. W celu zlikwidowania drgań cewki należy zewrzeć na chwilę galwanometr wyłącznikiem
wtedy, gdy plamka świetlna mija zero na skali odczytowej.

6. Połączyć punkt "C" z punktem "1", rozewrzeć wyłącznik
, zewrzeć przyciskiem wyłącznik
i ustalić taką wartość prądu, aby plamka świetlna wychyliła się na całą skalę.

Puścić przycisk wyłącznika
i zmierzyć czas trwania n okresów. Czynność wykonać pięciokrotnie; zanotować za każdym razem dwie kolejne, amplitudy
i
.

7. Pomiary z punktu (6) wykonać dla różnych oporów tłumiących (
,
) dochodząc do oporu krytycznego (plamka świetlna wraca do zera na skali odczytowej bez wykonywania wahań).

8. Aby precyzyjnie wyznaczyć opór krytyczny należy zbadać zależność
, gdzie t jest całkowitym czasem powrotu plamki do położenia równowagi. W tym celu należy zmierzyć czas powrotu plamki dla kilku (co najmniej trzech) oporów mniejszych i większych od krytycznego i narysować wykres funkcji
.

Na wykresie odnaleźć minimum tej funkcji, które odpowiada oporowi krytycz-nemu.

9. Obliczyć logarytmiczny dekrement tłumienia dla przypadku drgań swobodnych i wszystkich drgań tłumionych (aż do pełzania). Zależność
przedstawić na wykresie.

10. Obliczyć współczynnik tłumienia dla wszystkich przypadków, a zależność
również przedstawić na wykresie.

11. Wybrać jeden z oporów (znacznie różniący się od krytycznego) i dla niego, mierząc ilość wychyleń i odpowiednie amplitudy dla tych wychyleń wykreślić zależność
.

12. Przeprowadzić graficzną dyskusję błędów.

13. Wyniki pomiarów i obliczeń zapisać w tabelach.

VI. UWAGA

Dla oporów bliskich krytycznego może zaistnieć trudność w obserwacji kilku wychyleń, w takiej sytuacji należy określić przybliżone wartości T i
na podsta-wie dwóch wychyleń w tę samą stronę.

Dla oporów jeszcze bliższych krytycznego, nawet taki pomiar może okazać się niemożliwy. W tej sytuacji należy ograniczyć się do oceny, czy ruch jest periodyczny.

---