Юный техник - для умелых рук 1989-11, страница 11

щью уровня разместим строго горизонтально. На тележках закрепим пластмассовые стойки, снабженные сверху и сбоку керамическими магнитами (рис. 6). Они обращены друг к другу одноименными полюсами. Сблизим тепежки, удерживая их пальцами рук, затем отпустим. Мы увидим, чю они ДЕ1ижутся в противоположные стороны с одинаковыми ускорениями и за одинаковое время пройдут разные расстояния.

Опыт можно поставить иначе. Левую тележку толчком приведем в движение. При столкновении ее с правой произойдет взаимодействие од-

гими концами прикреплены к сто <е и муфте штатива.

Перейдем к следующей группе опытов.

( обод ! колебания. Отведем нагруженную тележку от точки равновесия и отпустим. Пружины возвратят тележку в исходное положение, по инерции она подвинется дальше, растянув одну пружину и сжав другую. Только после 8—10 затухающих колебаний тележка остановится.

На таком маятнике наглядно изучать все кинетические и динамические характеристики гармонических

ноименных полюсов. В результате первая тележка остановится, а вторая придет в движение.

Этот же опыт может послужить и для демонстрации сохранения импульса упругого и неупругого удара (рис. 7).

Третий закон Hi отона. На одной из тележек с помощью кольцевого керамического магнита установим насадку с двумя микроэлектродвигателями (рис. 5), на другой закрепим небольшой плоский диэлектрический экран (например, из плотного пенопласта — рис. 7). Запустим один из винтов: тележки поехали в противоположные < тороны. Затем экран перенесем на тележку с воздушными винтами. Теперь при запуске микродвигателя тележка останется в покое. В первом опыте силы приложены к разным тележкам и поэтому уравновешивают друг друга, во втором они практически уравновешены, так как приложены к одному телу.

Равновесие сил демонстрирует простейший опыт — тележка без экрана, а ви..гы вращаются в противоположные стороны (рис. 5). Ясно, что в этом случае она не сдвинется с места.

Теперь соберем на базе той же установки горизонтальный пружинный маятник (рис. 8). Для крепления пружины понадобится пластина из жести размерами 80ХЮХ1 мм. Она имеет три отверстия: по центру — для крепления на тележке, и два по краям — для установки пружин, которые дру-

колебаний. Включив секундомер можно, например, измерить время полных колебаний и по полученным данным рассчитать их период и частоту.

Продолжим опыты. Как вы помните, наибольшее отклонение колеблющегося тела от положения равновесия называется амплитудой, а все промежуточные — см< цениями. Измерим скорость, у скор ние и фазу колебаний. На шпенек тележки вместо грузов установим подставку с кольцевыми керамическими магнитами. Концы обмотки для измерения скорости присоединим к гальванометру, а его соединим через конденсатор емкостью 2000 мкФ с зеркальным гальванометром, как мы уже делали раньше. Нажмем клавишу X 10 зеркального гальванометра, отведем тележку от точки равновесия и отпустим. Мы увидим, что при гармонических колебаниях смещение тележки, ее скорость и ускорение изменяются синусоидально: об этом говорят колебания стрелок гальванометров. Из показаний первого ясно, что тележка имее1 максимальную скорость в момент прохождения точки равновесия и нулевую — в крайних точках, а из показаний зеркального можно убедиться, что ускорение достигает наибольшего значения, напротив, в крайних точках траектории, когда движение тележки меняется на обратное; и обращается в нуль при прохождении точки равновесия.

Одно и то же положение, кроме

крайних точек, тележка проходит в течение периода дважды: один раз двигаясь влево, другой — двигаясь вправо. Через каждый период тележка возвращается в прежнее положение, а через половину периода меняется направление движения.

Превращения энергии. Колебательное движение тележки не что иное, как переход потенциальной энергии пружин в кинетическую энергию тележки и обратно. Минимум потенциальной и максимум кинетической энергии достигается в момент прохождения тележкой положения равновесия, а максимум потенциальной и минимум кинетической — в крайних точках.

Чапиа коп< дани».. Их можно получить в виде осциллограммы, если на шпенек тележки надеть капельницу (рис. 9), а под тележку положить лист бумаги. Отведем рукой тележку от положения равновесия, откроем капельницу, отпустим руку, при этом равномерно потянув бумагу на себя. На листе останутся следы капель в виде синусоиды. Не составит особого труда определить смещение каждой капли, а значит, амплитуду и период колебаний.

Период koj юаний. Продемонстрируем его зависимость от массы маятника. Вначале на тележку положим груз массой 120 г. Приведем тележку в движение. Затем положим еще один груз. Вы заме гили — с возрастанием массы маятника увеличилось время одного полного колебания. А это, как вы знаете, и есть гериод.

Зависимость периода колебаний от жесткости пружины определяют аналогичным образом. Только устанавливают для опыта более упругие пружины — от ведерка Архимеда. Сопоставив периоды колебаний пружинных маятников равной массы, но имеющих разный коэффициент жесткости (соответственно 11 и 27 Н/М), вы убедитесь, что период колебаний увеличивается с возрастанием жесткости пружины.

I лнужд«.нные колебания, резонанс демонстрируют с помощью установки, показанной на рисунке 10. Правый конец пружины освободим от стойки прибора, а к нему присоединим шток— миллиметровую медную проволоку длиной 15 см с двумя петлями на концах. Свободный конец штока наденем на эксцентрик (его можно взять из набора к универсальному электродвигателю) и закрепим его в шпинделе центробежной машины болтом Мб длиной 60 мм.

Вначале продемонстрируем свободные колебания. Убедимся, они быстро затухают, За>ем приведем эксцентрик в равномерное вращение с малой скоростью—тележка станет совершать колебательные движения с малой амплитудой. Увеличивая скорость вращения, мы добьемся резонанса.

Рисунки Н. КИРСАНОВ, к

11