Відповіді до підручника: Стр.54

Готова відповідь до завдання Стр.54 з ГДЗ Фізика 9 клас Засєкіна.

Фізика, 9 клас · Відповіді до підручника

Текстова відповідь

§ 8. Досліджуємо коливальний рух

1

Експериментально дослідити рух маятника: багаторазово відхиляти тягарець на невелику висоту h₁, вимірювати початкову висоту h₁ та висоту підйому h₂ з протилежного боку, занести результати в таблицю, порівняти h₁ та h₂, зробити висновок і дати відповіді на запитання про точки максимуму/мінімуму потенціальної й кінетичної енергій, перетворення енергій, вплив вакууму та зв’язок досліду із законом збереження механічної енергії.

Приклад результатів досліду (умовні дані):

№Початкова висота h₁, смКінцева висота h₂, см
112,011,3
210,59,9
313,012,1
  1. h₁ і h₂ у кожній спробі не зовсім однакові: h₂ трохи менша за h₁. Відмінність зумовлена втратами енергії на тертя в підвісі маятника й опір повітря.
  1. Висновок: початкова й кінцева висоти маятника з протилежних боків дуже близькі, отже механічна енергія маятника під час коливань майже зберігається; невелике зменшення висоти пояснюється переходом частини механічної енергії у внутрішню енергію через тертя й опір повітря.

8.

  • Потенціальна енергія маятника максимальна в крайніх верхніх точках траєкторії, мінімальна — у найнижчій точці (положення рівноваги).
  • Кінетична енергія максимальна в найнижчій точці траєкторії, мінімальна (дорівнює нулю) — у крайніх верхніх точках, де маятник на мить зупиняється.
  • Під час підйому від найнижчої точки до крайньої частина кінетичної енергії поступово перетворюється на потенціальну, швидкість зменшується, а висота зростає; при русі назад донизу потенціальна енергія зменшується, перетворюючись на кінетичну, і швидкість зростає. За один повний цикл коливання відбувається безперервний взаємний перетворення цих двох видів енергії.
  • У вакуумі (без повітря) і за відсутності тертя в підвісі втрати енергії були б значно меншими, тому h₂ практично дорівнювала б h₁ у всіх спробах, і коливання тривали б довше без помітного згасання.
  • Експеримент підтверджує закон збереження механічної енергії: попри невеликі втрати, початкова та кінцева висоти (а отже, повна механічна енергія) залишаються майже однаковими, що свідчить про майже сталість суми потенціальної й кінетичної енергій маятника.

2

Дослідити гармонічні коливання математичного маятника: закріпити маятник, виміряти його довжину l, відхилити на малий кут (≤10°), кілька разів виміряти час 10 повних коливань, обчислити середній час, період одного коливання Tексп, теоретичний період Tтеор за формулою Tтеор = 2π√(l/g), порівняти їх, обчислити відносну похибку та занести результати в таблицю, зробивши висновок про збіг експериментальних і теоретичних значень.

Приклад результатів досліду (умовні дані):

Нехай довжина маятника l = 0,60 м.

Виміряні часи 10 коливань:

  • t₁ = 15,6 с
  • t₂ = 15,5 с
  • t₃ = 15,7 с

Середній час 10 коливань:

  • tсер = (15,6 + 15,5 + 15,7) / 3 = 46,8 / 3 = 15,6 с.

Експериментальний період:

  • Tексп = tсер / 10 = 15,6 : 10 = 1,56 с.

Теоретичний період (g = 9,8 м/с²):

  • Tтеор = 2π√(l/g) = 2π√(0,60 / 9,8) ≈ 2π√0,061 ≈ 2π·0,247 ≈ 1,55 с.

Відносна похибка:

  • ε = |Tексп – Tтеор| / Tтеор · 100 % ≈ |1,56 – 1,55| : 1,55 · 100 % ≈ 0,01 : 1,55 · 100 % ≈ 0,6 %.

Таблиця результатів (умовні дані):

Довжина маятника, l, мЧас за 10 коливань t₁, сt₂, сt₃, сtсер, сПеріод, Tексп, сПеріод, Tтеор, сВідносна похибка, %
0,6015,615,515,715,61,561,550,6

Висновок: експериментальний період коливань маятника дуже близький до теоретичного значення, відносна похибка менша від 1 %, отже формула T = 2π√(l/g) правильно описує період малих коливань математичного маятника. Розбіжності пояснюються неточністю вимірювання довжини нитки, реакцією експериментатора під час засічки часу та опором повітря.

Навчальний рисунок