Молодежь и наука – третье тысячелетие (2016)

198 А. С. Жутова Факультет математики, физики и информатики, V курс (очная форма обучения) Научный руководитель – И. А. Клепинина РАЗРАБОТКА ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ ОПЫТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ МЕХАНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ Разработка демонстрационных и лабораторных экспериментов является важной составляющей в процессе обучения студентов. Данный вид деятельно- сти играет особую роль при изучении физики: экспериментальные разработки позволяют более глубоко изучить теоретические основы физических процессов, развивают логическое мышление, воспитывают самостоятельность и ответст- венность, способствуют приобретению навыков работы с оборудованием. Экспериментальные разработки выполняются студентами на базе учебных ла- бораторий кафедры общей и теоретической физики в рамках элективного мо- дульного блока «Практическая физика». Периодические процессы можно достаточно часто обнаружить в окру- жающем нас мире: космосе, природе, технике, внутри живых организмов. Ме- ханические периодические процессы называют колебаниями. Изучение колеба- тельных процессов является актуальной задачей, так как может привести к лучшему пониманию протекания различных процессов в природе. Наиболее наглядными и простыми являются механические гармонические колебания математического маятника или груза на пружине, поэтому целью рабо- ты являлась разработка демонстраций для изучения колебаний. Любые реальные свободные колебания со временем затухают. Это связано с тем, что на колеблю- щуюся систему всегда действуют диссипативные силы (силы сопротивления, тре- ния), которые нельзя исключить. Чем больше силы сопротивления движению, тем быстрее прекращаются колебания. Например, в воде колебания прекращаются быстрее, чем в воздухе. Затухание колебаний можно рассматривать на примере колебаний пружинного маятника. Пружинный маятник – это колебательная сис- тема, состоящая из материальной точки массой m и пружины жесткостью k . Для изучения колебаний груза на пружине и определения параметров колебаний была разработана установка, представленная на рисунке 1. Установка состоит из боль- шого (1) и маленького (2) штативов, верхнего 2 и нижнего кронштейна 3. К верх- нему кронштейну подвешена колебательная система, состоящая из пружины и груза с указательной пластиной. К нижнему кронштейну прикреплена милли- метровая линейка. Исследовали колебания в воздухе, которые на небольшом про- межутке времени можно считать незатухающими, и в среде. По результатам экс- периментов определяли различные параметры колебаний. В данной работе скорость затухания колебаний определяется величиной β, которую называют коэффициентом затухания. 2 r m β = , (1) где r – коэффициент сопротивления среды, в которой колеблется груз.