130. Виртуальная лабораторная работа по физике «Колебания жидкости в сообщающихся сосудах U-образной формы» https://efizika.ru/html5/130/index.html

Цель работы: изучение колебаний жидкости в U-образной трубке, определение периода и частоты колебаний жидкости.

Оборудование: стеклянная трубка U-образной формы, жидкости различной плотности, секундомер, блок управления.

130. Virtual laboratory assignments in physics «Fluid vibrations in communicating U-shaped vessels» https://efizika.ru/html5/130/index.html.

The purpose of the work: to study the vibrations of a liquid in a U-shaped tube, to determine the period and frequency of liquid vibrations.

Equipment: U-shaped glass tube, liquids of various densities, stopwatch, control unit.

130. Виртуальная лабораторная работа по физике «Колебания жидкости в сообщающихся сосудах U-образной формы» Красноухова В.Н. к.ф.-м.н. доц. кафедры физики и методики обучения физике ОмГПУ (г. Омск) Цель работы: изучение колебаний жидкости в U-образной трубке, определение периода и частоты колебаний жидкости. Оборудование: (виртуальная работа 130 Колебания жидкости в сообщающихся сосудах U-образной формы.) https://efizika.ru/html5/130/index.html Краткая теория В сосуд U-образной формы налита жидкость с известной плотностью. Жидкость вывели из состояния равновесия, и она стала совершать гармонические колебания с амплитудой А (рис.1). Чтобы определить период и частоту колебаний жидкости в сосуде –трубке U-образной формы с известным диаметром, воспользуемся вторым законом Ньютона. Пусть уровень жидкости в одном из колен сосудов сместился на расстояние A, например, повысился по сравнению с первоначальным положением (рис.1). При этом уровень жидкости в другом колене понизился на такую же величину. В результате под действием дополнительной силы тяжести в том колене, где уровень жидкости выше, она станет совершать колебания с максимальным ускорением . По второму закону Ньютона : . (1) Здесь - разность масс жидкости в обоих коленах в момент начала колебаний, - разность объемов, - площадь поперечного сечения сосудов. С учетом этого: . (2) Величину максимального ускорения am определим по формуле , где - циклическая частота. С учетом этого . (3) Подставив (2) и (3) в (1) и получим , откуда . (4) Если массу всей жидкости выразить через плотность и объём , где L- длина столба жидкости в U-образной трубке (рис.1), формула (4) примет вид: (5) Из формулы (5) видно, что период колебаний жидкости в U образной трубке постоянного сечения зависит только от длины столба жидкости в заданном поле силы тяжести. Изменять длину L можно, увеличивая массу жидкости, и (или) изменяя плотность жидкости. Описание установки Рабочая панель виртуальной лабораторной работы приведена на рис.2. В правой части расположена панель «Параметры установки», где можно выбрать плотность жидкости , её массу m, диаметр d и амплитуду колебаний жидкости А. Удвоенное значение амплитуды можно определить и экспериментально с помощью линейки, которая появляется на лабораторной установке после нажатия на окошко рядом с надписью «линейка» и появлении в нём галочки. Линейку можно перемещать в любое нужное место. В правом нижнем углу расположен секундомер, показывающий время в секундах, снабжённый кнопками «пуск», «пауза» и «сброс». Выполнение эксперимента 1. Установите на панели «Параметры установки», выбранные значения плотность жидкости , её массу m, диаметр d и амплитуду колебаний А. Значения занесите в таблицу 1. 2. Рассчитайте теоретическое значение периода колебаний по формуле (4). 3. Запустите установку и измерьте время 5, 10 и 15 колебаний. Значения занесите в таблицу 1. 4. Рассчитайте период колебаний и сравните его с расчётным. 5. Определите частоту колебаний. 6. Измените массу жидкости, не меняя других параметров, и повторите действия пп.2-5. Результаты занесите в таблицу 1. 7. Измените плотность жидкости, не меняя других параметров (другие параметры как в п.1), повторите действия пп.2-5. Результаты занесите в таблицу 1. 8. Измените диаметр трубки, не меняя других параметров (другие параметры как в п.1), повторите действия пп.2-5. Результаты занесите в таблицу 1. 9. Сделайте вывод по полученным результатам. Таблица 1. № , кг/м3 m, кг d, см N t, с T, с Tср, с , Гц Т расч, с 1 5 2 10 3 15 1 5 2 10 3 15 1 5 2 10 3 15 1 5 2 10 3 15 10. Определите абсолютную и относительную погрешности измерения периода колебаний. 11. Запишите период колебаний с учётом абсолютной погрешности. Литература: 1. Г.С.Горелик Колебания и волны. М. ФИЗМАТЛИТ, 2007.-656с. 2. Т.И.Трофимова, А.В.Фирсов. Курс физики. Колебания и волны. М.: изд. центр «Академия», 2003.-256 с. 3. Д.И. Трубецков Введение в синергетику. Колебания и волны. М.:Едиториал УРСС, 2003. – 224с. 4. Пейн Г. Физика колебаний и волн. Пер. с англ. А.А.Колоколова. Под ред. Г.В.Скроцкого. М.: Мир. 1979. - 391с. Начальные данные по вариантам Группа , кг/м3 m, кг d, см 1 5000 1 1 2 6000 2 2 3 8000 3 3 4 10000 4 4 5 13600 5 5