TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƢ PHẠM BỘ MÔN SƢ PHẠM VẬT LÍ - - Tên đề tài: KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC TOÁN HỌC,CON LẮC VẬT LÍ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON LẮC TOÁN HỌC VỚI BỘ THÍ NGHIỆM PHYWE Luận văn tốt nghiệp Ngành: SƢ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: SƢ PHẠM VẬT LÍ – CÔNG NGHỆ Giáo viên hƣớng dẫn: Sinh viên thực hiện: Th.S Lê Văn Nhạn Dƣơng Đức Độ Lớp: TL1192A1 Mã số SV: 1110268 Cần Thơ, 2015 LỜI CẢM ƠN Trong suốt bốn năm học tập sinh hoạt khoa Sƣ phạm, Trƣờng Đại học Cần Thơ, đƣợc dìu dắt, bảo tận tình thầy cô khoa giúp trao dồi đƣợc tri thức bổ ích, có lĩnh trị vững vàng, không ngừng đƣợc rèn luyện mặt tác phong đạo đức, thân bƣớc trƣởng thành với môi trƣờng sƣ phạm Từ tìm hiểu bắt tay vào thực đề tài cảm thấy thích thú cố gắng thực tốt tất đam mê, sức lực Nhìn lại sau bốn năm học tập cho nhiều kinh nghiệm hữu ích, nhƣng đứng trƣớc vấn đề mới, thách thức lần này, tự giải đáp vƣớng mắc nhƣ giúp đỡ tận tình Thầy Lê Văn Nhạn Qua trang giấy nhỏ, xin đƣợc chân thành nói lời cảm ơn Thầy : “ Cảm ơn Thầy ân cần dìu dắt chúng em từ buổi đầu bỡ ngỡ hoàn thành trọn vẹn đề tài !” Tôi gởi lời cám ơn chân thành đến thầy Vƣơng Tấn Sĩ, trình làm đề tài thầy dẫn tận tình phần mềm máy tính, thầy cho nhiều ý kiến để đề tài hoàn chỉnh Tôi xin biết ơn thầy Trƣơng Hữu Thành Ngƣời xếp phòng thí nghiệm để hoàn thành thí nghiệm cần thiết cung cấp số liệu cho đề tài Tôi xin đƣợc cám ơn Thầy, Cô thuộc Bộ môn Vật lí, khoa Sƣ phạm, Thƣ viện khoa Sƣ phạm cho tài liệu hay đề tài hƣớng phát triển Và sâu sắc nhất, xin gửi lời biết ơn đến gia đình, bạn bè ngƣời đứng sau ủng hộ, động viên tôi, tạo điều kiện để hoàn thành tốt đề tài Khoảng thời gian mƣời lăm tuần không đủ dài để làm đề tài tốt nhƣng hoàn thành đƣợc mục tiêu đề học đƣợc thêm nhiều thứ, tích lũy đƣợc phần kiến thức bổ ích Dù tác giả có nhiều cố gắng, xong chắn đề tài tránh khỏi thiếu sót hạn chế Kính mong nhận đƣợc chia sẻ ý kiến đóng góp quý báu thầy cô bạn để đề tài đƣợc hoàn chỉnh Trân trọng cảm ơn! Cần thơ, ngày 20 tháng 05 năm 2015 Sinh viên thực Dƣơng Đức Độ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu thực Các số liệu, kết phân tích luận văn hoàn toàn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình nghiên cứu trƣớc Mọi tham khảo, trích dẫn đƣợc rõ nguồn danh mục tài liệu tham khảo luận văn Xác nhận chỉnh sửa Cần Thơ, ngày 20 tháng 05 năm 2015 Tác giả Dƣơng Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn MỤC LỤC A PHẦN MỞ ĐẦU 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU PHẠM VI THỰC HIỆN KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG KẾT CẤU LUẬN VĂN B PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG LÝ THUYẾT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC .3 ĐẠI CƢƠNG VỀ DAO ĐỘNG .3 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 2.1 Hiện tƣợng .3 2.2 Phƣơng trình dao động điều hòa 2.3 Khảo sát dao động điều hòa 2.4 Năng lƣợng dao động điều hòa 2.5 Con lắc toán học 2.6 Con lắc vật lí DAO ĐỘNG CƠ TẮT DẦN 10 3.1 Hiện tƣợng 10 3.2 Phƣơng trình dao động tắt dần ( lắc lò xo ) 11 3.3 Phƣơng trình dao động tắt dần ( lắc toán học ) .11 3.4 Khảo sát dao động tắt dần 12 DAO ĐỘNG CƠ CƢỠNG BỨC 13 4.1.Hiện tƣợng 13 4.2.Phƣơng trình dao động cƣỡng .13 4.3 Khảo sát dao động cƣỡng Cộng hƣởng 14 4.4 Ứng dụng tƣợng cộng hƣởng 15 4.4.1 Đo tần số dòng điện- tần số kế 15 4.4.2 Ngăn ngừa phá hoại cộng hƣởng 16 CHƢƠNG 2: HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH MEASUREMENT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ GIAO TIẾP COBRA BASIC – UNIT ĐỂ KHẢO SÁT -i- SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC – XỬ LÝ DỮ LIỆU BÀI TOÁN CON LẮC THUẬN NGHỊCH VỚI ORIGIN 17 HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH MEASUREMENT ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ GIAO TIẾP COBRA BASIC – UNIT ĐỂ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC 17 1.1 Giới thiệu dụng cụ để tiến hành thí nghiệm 17 1.1.1 Máy vi tính: 17 1.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 17 1.1.3 Phần mềm Measurement .17 1.2 Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình Measurement 18 1.2.1 Khởi động chƣơng trình Measurement 18 1.2.2 Các thao tác đồ thị : 20 XỬ LÝ DỮ LIỆU BÀI TOÁN CON LẮC THUẬN NGHỊCH VỚI ORIGIN 21 CHƢƠNG KHẢO SÁT CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC TOÁN HỌC VỚI GIAO DIỆN COBRA BASIC – UNIT SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH MEASUREMENT 30 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 30 1.1 Nguyên lý 30 1.2 Mục đích 30 1.3 Giả thuyết đánh giá 30 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 30 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 31 3.1 Lắp ráp thí nghiệm nhƣ hình vẽ 31 3.2.Các bƣớc thực hành 31 3.3 Kết thí nghiệm 32 CHƢƠNG : KHẢO SÁT CHU KÌ CON LẮC GẮN BÁN ĐĨA VỚI GIAO DIỆN COBRA BASIC-UNIT SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH MEASUREMENT 34 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 34 1.1 Nguyên lý 34 1.2 Mục đích 34 1.3 Giả thiết đánh giá 34 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 35 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM .35 - ii - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn 3.1 Lắp ráp thí nghiệm nhƣ hình vẽ 35 3.2.Các bƣớc thực hành 35 4.4 Kết thí nghiệm 37 CHƢƠNG : KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON LẮC TOÁN HỌC VỚI GIAO DIỆN COBRA BASIC-UNIT SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH MEASUREMENT 38 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 38 1.1 Nguyên lý: 38 1.2 Mục đích: 38 1.3 Giả thuyết đánh giá: 38 DỤNG CỤ THÍ NGHIỆM 38 TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 39 3.1 Lắp ráp thí nghiệm nhƣ hình vẽ 39 3.2 Các bƣớc thực hành 39 3.3 Kết thí nghiệm: 41 3.3.1 Đối với vật có treo khối lƣợng (m) gam 41 3.3.2 Đối với vật có treo khối lƣợng (m) 1.5 gam 43 3.3.3 Đối với vật có treo khối lƣợng (m) gam 46 C PHẦN KẾT LUẬN 49 D HƢỚNG DẪN TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 - iii - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn A PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Các nghiên cứu lĩnh vực vật lí đƣợc chia làm hai loại: vật lí lý thuyết vật lí thực nghiệm Các nhà lý thuyết xây dựng phát triển lý thuyết để giải thích cho kết thực nghiệm dự đoán kết tƣơng lai Trong đó, nhà thực nghiệm xây dựng thiết lập thí nghiệm kiểm chứng để khám tƣợng hay kiểm tra tính đắn dự đoán lý thuyết Mặc dù ngành lý thuyết thực nghiệm đƣợc phát triển cách độc lập, song hai ngành lại có mối quan hệ mật thiết với Từ lý thuyết dẫn đƣờng đến thực nghiệm, thông qua thực nghiệm kiểm tra tính đắn lý thuyết, bác bỏ tƣ tƣởng sai lầm mang tính triết lý, giúp cho định luật vật lí có tính thuyết phục Đặc biệt, xu dạy học vật lí đƣa thực nghiệm vào giảng dạy từ bậc phổ thông đến bậc đại học Do đó, sinh viên trƣờng đại học sƣ phạm , thực hành vật lí có vai trò quan trọng nhƣ : Khảo sát tƣợng, kiểm nghiệm định luật học, làm quen biết cách sử dụng dụng cụ, máy thông thƣờng Kỹ kinh nghiệm sủ dụng thiết bị thí nghiệm bổ ích công tác nghiên cứu khoa học giảng dạy ngƣời giáo viên vật lí sau Biết phƣơng pháp nghiên cứu làm công tác thực nghiệm vật lí ( xác định mục đích tiến hành thí nghiệm, phƣơng pháp, lựa chọn dụng cụ, cách xử lý số liệu, phân tích độ xác kết đo… ) Rèn luyện tác phong đức tính cần thiết ngƣời nghiên cứu khoa học thực nghiệm Với mong muốn đƣợc trao dồi kỹ rèn luyện thực hành thí nghiệm, chọn đề tài : “ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC TOÁN HỌC, CON LẮC VẬT LÍ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON LẮC TOÁN HỌC VỚI BỘ THÍ NGHIỆM PHYWE ” làm luận văn Qua đề tài này, với cố gắng tìm hiểu hy vọng hiểu tƣợng tự nhiên, nhƣ đặc điểm, tính chất số tƣợng Hơn nữa, tiếp xúc với thực nghiệm, hội để làm quen biết cách sử dụng dụng cụ thí nghiệm từ đơn giản đến phức tạp Qua đó, hy vọng có thêm kiến thức, kỹ năng, kinh nghiệm để phục vụ cho việc giảng dạy nghiên cứu trƣờng PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vì đề tài thực nghiệm nên phƣơng pháp chủ yếu sử dụng máy vi tính dụng cụ thiết bị để tiến hành thí nghiệm Đo đạt, khảo sát dao động lắc Các số liệu thu nhận từ “ giao diện Cobra Basic Unit ” qua máy vi tính xử lý hiển thị kết Mặc dù thí nghiệm có máy tính hỗ trợ việc tiến hành thí nghiệm đơn giản nhẹ nhàng nhƣng cần đòi hỏi ngƣời làm thí nghiệm phải có kiến thức máy tính sử dụng thành thạo chƣơng trình Measurement Origin -1- SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Phƣơng pháp nghiên cứu tài liệu khảo sát phƣơng pháp quan trọng chủ yếu Nhƣ vậy, việc tiến hành cẩn thận thí nghiệm tổng hợp, xử lý số liệu Phân tích tài liệu thu thập đƣợc nhờ vào hƣớng dẫn giúp đỡ tận tình thầy với suy nghĩ thân, phƣơng pháp để hoàn thành luận văn PHẠM VI THỰC HIỆN Phòng thí nghiệm Cơ- Nhiệt, môn Vật Lí, Khoa Sƣ Phạm, Trƣờng Đại Học Cần Thơ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Khi đề tài đƣợc hoàn thành làm tài liệu để khóa học sau tham khảo để thực thí nghiệm Vì thí nghiệm nhiệt mà sinh viên ngành vật lí đƣợc học KẾT CẤU LUẬN VĂN Chƣơng Lý thuyết dao động lắc Định nghĩa dao động, giới thiệu khái quát dao động: dao động điều hòa, dao động tắt dần dao động cƣỡng bức… Chƣơng Hƣớng dẫn sử dụng chƣơng trình Measurement điều khiển thiết bị giao diện Cobra Basic – Unit để khảo sát dao động lắc – xử lý liệu toán lắc thuận nghịch với Origin Chƣơng Khảo sát chu kì dao động lắc toán học với giao diện Cobra Basic – Unit sử dụng chƣơng trình Measurement Chƣơng Khảo sát chu kì dao động lắc gắn bán đĩa với giao diện Cobra Basic – Unit sử dụng chƣơng trình Measurement Chƣơng Khảo sát dao động tắt dần lắc toán học với giao diện Cobra Basic – Unit sử dụng chƣơng trình Measurement -2- SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn B PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG LÝ THUYẾT DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC ĐẠI CƢƠNG VỀ DAO ĐỘNG Dao động chuyển động đƣợc lặp lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân Ta thấy tƣợng dao động phổ biến thiên nhiên: dây đàn, màng trống, màng loa,… dao động xung quanh vị trí cân Các phần tử khí lúc truyền âm thanh, nguyên tử chất rắn nhiệt độ khác không dao động… Quan sát hệ dao động, thí dụ lắc, ta thấy có tính chất tổng quát sau : a/ Hệ phải có vị trí cân bền dao động qua lại hai bên vị trí b/ Khi hệ dời khỏi vị trí cân bền, luôn có lực kéo hệ vị trí cân bền gọi lực kéo c/ Hệ có quán tính: chuyển dời đến vị trí cân bằng, quán tính, tiếp tục vƣợt qua vị trí cân Chuyển động “dao động” đƣợc đặc trƣng chu kì T khoảng thời gian nhỏ mà sau tƣợng lặp lại nhƣ cũ Số chu kì đơn vị thời gian (1 giây) hay số dao động giây đƣợc gọi tần số f dao động f = 1/T Trong hệ đơn vị SI tần số đƣợc đo héc (kí hiệu Hz) Hz = s-1 = dao động giây Dao động thiên nhiên thƣờng bị tắt dần nghĩa sau khoảng thời gian Thông thƣờng tƣợng tắt dần dao động lực ma sát tác dụng lên vật dao động làm chuyển hóa thành nhiệt Để trì dao động có ma sát phải “ bơm’’ thêm lƣợng cho hệ dao động nhằm bù vào phần lƣợng bị chuyển hóa thành nhiệt Điều thấy rõ thí dụ ngƣời chơi đu phải nhún đặn để đu khỏi dừng lại, ngƣời nhún đu có nghĩa chuyển lƣợng sinh học thành lƣợng học cho hệ dao động DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 2.1 Hiện tƣợng Ta xét lắc lò xo gắn trục tọa độ nhƣ hình vẽ (hình 1.1) gồm cầu nhỏ khối lƣợng m Quả cầu đƣợc gắn với lò xo, đầu lò xo đƣợc giữ cố định Khi ta kéo cầu khỏi góc tọa độ O đoạn OM = x (x li độ), lò xo đàn hồi tác dụng lên cầu lực kéo ⃗⃗⃗ ngƣợc chiều với li độ Nếu trị số x nằm giới hạn đàn hồi, ta có đƣợc giá trị lực kéo F tỉ lệ với li độ: F = - kx (1.1) (dấu – chứng tỏ F x ngƣợc chiều) k hệ số tỉ lệ gọi hệ số đàn hồi -3- SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Hình 1.1 Con lắc lò xo Nếu ta thả cầu ra, dƣới tác dụng lực kéo ⃗⃗⃗ ,nó dao động quanh vị trí cân Nếu ma sát, dao động tiếp diễn đƣợc gọi dao động điều hòa [1] 2.2 Phƣơng trình dao động điều hòa Dƣới đây, thiết lập phƣơng trình dao động điều hòa, cụ thể tìm phụ thuộc li độ x lắc lò xo theo thời gian Viết phƣơng trình Niu tơn cầu , ta có: Gia tốc a cầu cho Thay (1.3) vào (1.2) ta đƣợc : Vì k m dƣơng nên ta đặt: (1.5) Vậy (1.4) thành : (1.6) (với Ta đƣợc phƣơng trình vi phân x gọi phương trình vi phân dao động điều hòa Đây phƣơng trình vi phân cấp hai nhất, hệ số không đổi Nghiệm có dạng : x = A cos( t + ) (1.7) A > hai số phụ thuộc điều kiện ban đầu Từ (1.7) ta kết luận : dao động điều hòa dao động độ dời hàm số sin thời gian t Dao động gọi dao động điều hòa riêng Nó đƣợc thực dƣới tác dụng nội lực hệ [1] -4- SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Đồ thị thể tắt dần - Ta có đƣợc kết ba trƣờng hợp  Trƣờng hợp khối lƣợng m = 1g ( t1= 23.686)  Trƣờng hợp khối lƣợng m = 1.5g ( t1= 19.664)  Trƣờng hợp khối lƣợng m = 2g ( t1= 15.91)  Nhận xét: Khi khối lƣợng treo lớn lực cản lớn - 48 - = lớn nên độ giảm nhanh SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn C PHẦN KẾT LUẬN Sau thời gian làm việc tích cực, đạt đƣợc số kết định: thực thí nghiệm đạt kết tốt, giúp hoàn hành đề tài học tập đƣợc nhiều kiến thức Khi thực thí nghiệm này, rèn luyện cho tính cần cù, nhẫn nại, không nản lòng trƣớc khó khăn, thất bại Hơn rèn luyện cho tính cẩn thận khéo léo tiến hành thao tác thí nghiệm Trong trình làm thí nghiệm nhận thấy thí nghiệm vật lí áp dụng trƣờng phổ thông để giúp học sinh hiểu sâu học Sau tốt nghiệp trƣờng phổ thông có điều kiện thực thí nghiệm công tác giảng dạy Bên cạnh kết đạt đƣợc : Về kiến thức : kiến thức phần mềm Measurement Origin tƣơng đôi nên chƣa khai thác hết tính thí nghiệm giao tiếp kết nối với máy tính Về thời gian : thời gian thực đề tài hạn chế nên đề tài dừng lại mức khái quát Nếu có điều kiện trở trƣờng phổ thông, thực cải tiến thí nghiệm vật lí có kết nối với máy vi tính để học sinh tiếp thu tốt - 49 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn D HƢỚNG DẪN TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC TOÁN HỌC I MỤC ĐÍCH: - Xác định biểu thức liên hệ chu kì dao động chiều dài lắc toán học - Từ kết thí nghiệm, xác định gia tốc trọng trƣờng g II CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Nguyên tắc Chúng ta khảo sát dao động lắc toán học có cấu tạo nhƣ sau : chất điểm khối lƣợng m treo sợi dây không đàn hồi có khối lƣợng không đáng kể mặt phẳng thẳng đứng.Độ dài dây treo L, khối lƣợng m dao động tự xung quanh đƣờng thẳng qua điểm treo nhƣ hình.1 L  mg sin  mg cos   S  mg Hình Con lắc vật lí Lực tác dụng lên khối lƣợng m sức căng dây T trọng lực mg Chúng ta phân tích trọng lực thành hai thành phần thành phần xuyên tâm ( ) thành phần tiếp tuyến với quỹ đạo ( Thành phần tiếp tuyến lực phục hồi luôn kéo chất điểm vị trí cân ( vị trí mà chất điểm đứng yên không bị kích thích gây dao động) Nhƣ lực phục hồi là: Ta giả thiết góc lệch (thí dụ nhỏ = 50 = 0,0873 rad ; Độ dịch chuyển s hạt dọc theo cung tròn từ vị trí cân có trị số F = -(mg/L)s Chúng ta thấy lực F độ dịch chuyển bé tuân theo - 50 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn định luật Húc (thay cho độ dịch chuyển thẳng x độ dài cung s) Phƣơng trình định luật II Niu tơn cho chuyển động lắc có dạng: ̈ ̈ Nếu sử dụng tọa độ góc ta viết phƣơng trình tọa độ : ̈ Con lắc toán học hoàn toàn tƣơng tự nhƣ dao động tử điều hòa tuyến tính Đặt : √ Dụng cụ thí nghiệm - Máy vi tính - Con lắc dây có chiều dài 100cm - Giao diện Cobra Basic – Unit - Thiết bị thu truyền tín hiệu dao động vào máy vi tính - Một số dụng cụ khác: giá đỡ, trụ hình ống dài 100cm, kẹp cố định, dây dẫn cáp kết nối với máy vi tính III HƢỚNG DẪN CÁC BƢỚC THỰC HÀNH Lắp ráp thí nghiệm nhƣ hình vẽ Hình Thí nghiệm xác định chu kì lắc toán học - 51 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Các bƣớc thực hành Bước 1: Gắn trụ vào giá đỡ đƣợc cố định ốc vít , dùng thƣớc thủy điều chỉnh chân trụ đƣợc cân bằng cách xoay núm chỉnh bên dƣới chân đế Bước 2: Treo lắc lên trục cố định, để khảo sát ta cho lắc dao động quanh trục dao động Mặt phẳng dao động phải nằm mặt phẳng thẳng đứng Không lắc chạm vào giá đỡ trục dao động Bước 3: Kéo lắc lệch khỏi vị trí cân góc nhỏ (nhỏ 100) buôn cho dao động Bước 4: Thời kế (đồng hồ đo thời gian) có độ xác 0.01s Chờ cho lắc dao động ổn định, bấm thời kế vị trí lắc dao động li độ cực sai số nhỏ Ghi thời gian đo đƣợc vị trí tƣơng ứng vào bảng 1.1 Bước 5: Tƣơng tự nhƣ bƣớc bƣớc 4, ta thực với chiều dài khác L(m) 10 20 30 Bảng 1.1 40 50 60 70 80 90 50T ( s ) T(s) ( m/s2) ̅ l (m) (l= ) - 52 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Bước Vẽ đồ thị Hình - Ta tính giá trị g theo công thức : - Tiếp theo, ta tính Δg dựa vào công thức thiết lập phần trả lời câu hỏi lý thuyết - Trình kết : ̅ IV KIỂM TRA LÝ THUYẾT Thành lập phƣơng trình dao động lắc toán học Tính từ công thức - 53 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn KHẢO SÁT CHU KÌ CON LẮC GẮN BÁN ĐĨA I MỤC ĐÍCH: - Xác định biểu thức liên hệ gia tốc trọng trƣờng độ nghiêng lắc - Từ kết thí nghiệm xác định gia tốc trọng trƣờng g II CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Nguyên tắc : Một cách gần đúng, lắc sử dụng thí nghiệm coi đơn giản nhƣ lắc toán học có chiều dài l Tuy nhiên tùy thuộc vào vị trí đặt nặng, độ lệch chiều dài l nhiều chiều dài hình học L lắc đƣợc đo điểm trục trọng tâm nặng Việc làm giảm lực tác dụng lên trọng tâm lắc độ lệch góc ( với nhỏ) Nếu biên độ đủ nhỏ chuyển động lắc mô tả phƣơng trình vi phân bậc (√ ) √ Nếu mặt phẳng dao động quay quanh góc so với mặt phẳng thẳng đứng, thành phần gia tốc trọng trƣờng g ( ) mặt phẳng dao động đƣợc sau thu đƣợc chu kì dao động : √ √ Dụng cụ thí nghiệm - Giao diện Cobra Basic – Unit - Bán đĩa có chia độ - Vật nặng có tác dụng tạo tín hiệu dao động - Thiết bị thu truyền tín hiệu dao động vào máy vi tính - Một số dụng cụ khác : giá đỡ, trụ hình ống dài 100cm, kẹp cố định, dây dẫn cáp kết nối với máy vi tính - 54 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn III HƢỚNG DẪN CÁC BƢỚC THỰC HÀNH Lắp ráp thí nghiệm nhƣ hình vẽ Hình 1: Thí nghiệm xác định chu kì lắc gắn bán đĩa Các bƣớc thực hành Bước 1: Gắn trụ vào giá đỡ đƣợc cố định ốc vít , dùng thƣớc thủy điều chỉnh chân trụ đƣợc cân bằng cách xoay núm chỉnh bên dƣới chân đế Bước 2: Gắn khớp nối vào trụ cố định vị trí cho phù hợp Bước 3: Dùng kẹp cố định tròn để gắn bán đĩa cảm biến thu tín hiệu Bước 4: Gắn bán đĩa có chia độ vào tròn để cố định xiết chặc ốc để giữ chặc bán đĩa Bước 5: Gắn cảm biến thu tín hiệu vào bán đĩa cố định lại Bước 6: Gắn lắc vật lí vào đầu cảm biến vào cố định lại Sau đó, điều chỉnh giữ vật nặng bán đĩa đƣợc song song Bước 7: Đặt vật mốc theo phƣơng thẳng đứng vào dƣới bán đĩa có tác dụng làm mốc để xác định góc đo độ bán đĩa Bước 8: Kết nối dây dẫn sensor vào máy Cobra theo sơ đồ - 55 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Hình Sơ đồ kết nối dây dẫn vào máy Bước 9: Cấp điện cho máy Cobra Bước 10: Tác động nhẹ vào dây kéo cho lắc dao động (biên độ giao động nhỏ) Mở giao diện Measurement nhấn nút “start measurement” bắt đầu thu tín hiệu dao động sau nhấn “stop measurement” nhận đƣợc đồ thị dao động lắc (có dạng dao động tắt dần) - 56 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Bước 11: Từ đồ thị xác định chu kì lắc, dựa vào biểu thức tính chu kì tìm đƣợc gia tốc trọng trƣờng lắc ( m/s2) T(s) ̅ 00 100 200 400 500 600 700 800 - Tính giá trị - Tiếp theo tính: - Trình kết : ̅ IV KIỂM TRA LÝ THUYẾT Chu kì lắc toán học có phụ thuộc vào khối lƣợng hay không? Chứng minh Thành lập công thức tính chu kì gia tốc lắc - 57 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON LẮC TOÁN HỌC I MỤC ĐÍCH: Xác định đƣợc tắt dần phục thuộc vào khối lƣợng lắc II CƠ SỞ LÝ THUYẾT : Nguyên tắc : Khi khảo sát dao động hệ thực tế, ta bỏ qua lực ma sát Do lƣợng hệ giảm dần theo thời gian, làm cho biên độ dao động giảm dần theo thời gian - Ta có: ⃗ ⃗⃗⃗ Chiếu lên phƣơng chuyển động ta có : Đặt Ta đƣợc: Khi : √ √ Dụng cụ thí nghiệm - Máy vi tính - Con lắc dây có chiều dài 100cm - Giao diện Cobra Basic – Unit - Thiết bị thu truyền tín hiệu dao động vào máy vi tính - Một số dụng cụ khác: giá đỡ, trụ hình ống dài 100cm, kẹp cố định, dây dẫn cáp kết nối với máy vi tính - 58 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn III HƢỚNG DẪN CÁC BƢỚC THỰC HÀNH Lắp ráp thí nghiệm nhƣ hình vẽ Hình Thí nghiệm khảo sát tắt dần lắc toán học Các bƣớc thực hành Bước 1: Gắn trụ vào giá đỡ đƣợc cố định ốc vít , dùng thƣớc thủy điều chỉnh chân trụ đƣợc cân bằng cách xoay núm chỉnh bên dƣới chân đế Bước 2: Gắn khốp nối vào trụ vị trí cho chiều dài dây lắc 90cm Bước 3: Dùng kẹp cố định lắc dây trạng thái thẳng đứng Bước 4: Điều chỉnh giá đỡ dây lắc song song Bước 5: Lựa chọn vị trí đặt thiết bị thu tín hiệu dao động Bước 6: Gắn dây truyền tín hiệu vào khe đầu thu tín hiệu, điều chỉnh đầu thu tín hiệu vuông góc với dây dọi lắc Bước 7: Kết nối dây dẫn sensor vào máy Cobra theo sơ đồ - 59 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Hình Sơ đồ kết nối dây dẫn vào máy Bước 8: Kết nối máy Cobra vào vào máy vi tính thông qua cổng kết nối USB Bước 9: Cấp điện cho máy Cobra Bước 10: Đầu dây kéo gắn vật có khối lƣợng 1g (tùy vào thí nghiệm) để làm căng sợi dây nối lắc cảm biến chuyển động Bước 11: Tác động nhẹ vào dây kéo cho lắc dao động (biên độ giao động nhỏ) Mở giao diện Measurement nhấn nút “ start measurement” bắt đầu thu tín hiệu dao động sau nhấn “ stop measurement ” nhận đƣợc đồ thị dao động lắc (có dạng dao động tắt dần) - Chọn công cụ - 60 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn Xong ta lấy số liệu hai cột maximum[s] cột heiqht[rad] sang phần mềm Origin lần lƣợt A(x) B(y) xử lí, cuối ta đƣợc đồ thị Bước 12: Từ đồ thị ta tính kết Bước 13: Tƣơng tự nhƣ 10, 11 12, ta thực với vật có khối lƣợng 1,5g 2g Rồi so sánh kết Nhận xét: dao động tắt dần có phụ thuộc vào khối lƣợng treo vật hay không? Tạo sao? IV KIỂM TRA LÝ THUYẾT - Thành lập phƣơng trình dao động tắt dần - Dao động tắt dần phụ thuộc vào yếu tố - 61 - SVTH: Dương Đức Độ Luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Lê Văn Nhạn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lƣơng Duyên Bình, Dƣ Trí Công Nguyễn Hữu Hồ – Vật lí đại cương tập II, ĐiệnDao Động- Sóng – NXB Giáo Dục, 1998 [2] Nguyễn Viết Kính, Bạch Thành Công Phan Văn Thích – Vật lí học đại cương tập I (Cơ học Nhiệt học) – NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội, 1998 [3] Tài liệu tham khảo PHYWE Systeme Gmbh & Co KG D – 37070 Gottingen hảng sản xuất Phywe - 62 - SVTH: Dương Đức Độ [...]... ̈ Con lắc toán học hoàn toàn tƣơng tự nhƣ dao động tử điều hòa tuyến tính Đặt : √ Biên độ dao động bây giờ đƣợc đo bằng biên độ góc đó là góc lệch lớn nhất của chất điểm dao động Biểu thức (1.24) đúng chỉ khi biên độ góc là nhỏ [2] Nghiệm của phƣơng trình (1.24) là: 2.6 Con lắc vật lí Trong thực tế, dao động bé của các vật cũng không đơn giản nhƣ dao động của con lắc toán học Chúng ta gọi vật rắn dao. .. sánh chu kì T của dao động tắt dần với chu kì T0 của dao động riêng điều hòa, ta thấy, theo (1.12) và (1.37) : T > T0 Vậy chu kì dao động tắt dần lớn hơn chu kì riêng của dao động điều hòa của hệ Chú thích : Ta chỉ có nghiệm dạng dao động tắt dần (1.36) khi các hệ số và trong phƣơng trình vi phân (1.34’) thỏa mãn điều kiện Nếu , ngƣời ta chứng minh rằng nghiệm x = x(t), không có dạng dao động mà có dạng... đối với quả cầu, ta đƣợc : hay hay Ta đặt: à Vậy (1.24) thành: Phƣơng trình vi phân này gọi là phƣơng trình vi phân của dao động tắt dần Theo giải tích, khi , nghiệm của nó có dạng : x= (1.36) Đó chính là biểu thức độ dời của dao động tắt dần ( còn gọi là phƣơng trình của dao động tắt dần ) Hằng số là tần số góc của dao động tắt dần : √ Do đó chu kì T của dao động tắt dần là : √ 3.3 Phƣơng trình dao động. .. quả trên đây tính toán đối với dao động điều hòa của con lắc lò xo nhƣng cũng đúng đối với một hệ bất kì dao động điều hòa [1] 2.5 Con lắc toán học Chúng ta khảo sát dao động của con lắc toán học có cấu tạo nhƣ sau : một chất điểm khối lƣợng m treo bằng một sợi dây không đàn hồi có khối lƣợng không đáng kể trong mặt phẳng thẳng đứng Độ dài của dây treo bằng L, khối lƣợng m dao động tự do xung quanh đƣờng... chu kỳ dao động có dạng : √ Biểu thức trên đúng khi biên độ dao động góc là nhỏ, h là khoảng cách từ trục quay đến trọng tâm của con lắc Chúng ta biết rằng con lắc vật lí không dao động nếu trục quay đi qua trọng tâm (điểm O trùng với trọng tâm C) thật vậy khi h Điều đó có nghĩa là con lắc không bao giờ dao động cả Con lắc vật lí có trƣờng hợp riêng là con lắc toán học khi đó h = L (độ dài của dây... chiều dài con lắc L và chu kỳ dao động T ta có thể xác định đƣợc g [2] 3 DAO ĐỘNG CƠ TẮT DẦN 3.1 Hiện tƣợng Trong thực tế, khi khảo sát dao động của một hệ, ta không thể bỏ qua các lực ma sát Do đó, năng lƣợng của hệ dao động không phải là hằng số mà giảm dần theo thời gian Ta nói rằng dao động của hệ là dao động tắt dần Ta hãy xét một trƣờng hợp thông thƣờng : hệ dao động chịu tác dụng lực cản của môi... Acos( với =0 Hình 1.3 Đƣờng biểu diễn x(t), v(t) và a(t) vẽ trong cùng một hệ trục tọa độ, ứng với =0 2.4 Năng lƣợng dao động điều hòa Ta hãy tính năng lƣợng dao động điều hòa của con lắc lò xo Dao động là một dạng chuyển động cơ, vì vậy năng lƣợng dao động là cơ năng W cho bởi : W = Wđ + Wt (1.15) trong đó Wđ và Wt lần lƣợt là động năng và thế năng của con lắc lò xo Ta tính động năng của con lắc lò... Văn Nhạn CHƢƠNG 3 KHẢO SÁT CHU KÌ DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC TOÁN HỌC VỚI GIAO DIỆN COBRA 3 BASIC – UNIT SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH MEASUREMENT 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Nguyên lý Gia tốc trọng trƣờng của trái đất g đƣợc xác định cho các độ dài khác nhau của con lắc thông qua chu kì dao động 1.2 Mục đích Xác định biểu thức liên hệ giữa chu kì dao động và chiều dài của con lắc toán học Từ kết quả thí nghiệm, xác định... của dao động tắt dần) và nghiệm riêng của phƣơng trình thuần nhất (chính là phƣơng trình của dao động cƣỡng bức) Qua thời gian quá độ, dao động tắt dần coi nhƣ không còn nữa, lúc đó chỉ còn dao động cƣỡng bức dƣới tác dụng của ngoại lực Dao động cƣỡng bức là một dao động hình sin có chu kì bằng của ngoại lực tuần hoàn Biểu thức của nó là: Trong đó các hằng số A và đƣợc tính theo các công thức √ (với. .. cho chuyển động quay của vật rắn ( con lắc vật lí ) quanh trục đi qua điểm O sẽ là : Ở đây, là gia tốc góc ( I là mô men quán tính của con lắc đối với trục quay đi qua điểm O và vuông góc với mặt phẳng hình vẽ Phƣơng trình (1.28) có dạng phƣơng trình của dao động điều hòa đơn giản : Thay cho độ dịch chuyển thẳng x bây giờ là góc lệch Từ (1.29) ta rút ra tần số góc của dao động con lắc vật lí là : Dễ ... khoa học thực nghiệm Với mong muốn đƣợc trao dồi kỹ rèn luyện thực hành thí nghiệm, chọn đề tài : “ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA CỦA CON LẮC TOÁN HỌC, CON LẮC VẬT LÍ KHẢO SÁT DAO ĐỘNG TẮT DẦN CỦA CON. .. số riêng biết A, m W Những kết tính toán dao động điều hòa lắc lò xo nhƣng hệ dao động điều hòa [1] 2.5 Con lắc toán học Chúng ta khảo sát dao động lắc toán học có cấu tạo nhƣ sau : chất điểm... DAO ĐỘNG CỦA CON LẮC .3 ĐẠI CƢƠNG VỀ DAO ĐỘNG .3 DAO ĐỘNG ĐIỀU HÒA 2.1 Hiện tƣợng .3 2.2 Phƣơng trình dao động điều hòa 2.3 Khảo sát dao động điều