Badanie drgao tłumionych i wymuszonych

Ćwiczenie nr 2
Badanie drgao tłumionych i wymuszonych
I. Przyrządy:
- Przyrząd Pohla;
- Zasilacz silniczka:
- Zasilacz cewek hamujących;
- Stoper elektroniczny.
II. Zadania pomiarowe
UWAGA: Przez pełne drganie rozumiemy dalej fragment ruchu trwający czas T równy okresowi
drgania, bez względu na to, od jakiego momentu ruchu ten czas jest mierzony.
1. Wyznaczanie częstości własnej drgao tarczy
Wychylid ręcznie tarczę przyrządu Pohla o określoną ilośd działek 0 i zmierzyd stoperem czas tn
określonej ilości pełnych drgao. Pomiar powtórzyd dla kilku różnych wychyleo początkowych. Dzieląc
te czasy przez odpowiadającą im liczbę drgao otrzymujemy okres drgao, a stąd wyliczamy częstośd
własną układu
2. Wyznaczanie logarytmicznego dekrementu tłumienia drgao ,,swobodnych''
Przy wyłączonym napięciu na cewkach hamujących wychylid tarczę o określoną ilośd działek i puścid
ją w ruch włączając jednocześnie stoper. Wyłączyd go gdy tarcza wykona jedno pełne drganie.
Startując z tego samego wychylenia początkowego powtórzyd pomiar dla dwu, trzech itd. kolejnych
drgao notując czas ich trwania oraz amplitudę koocową. Im więcej zmierzonych punktów tym
dokładniej uda się wykreślid przebieg badanej zależności. Warto więc na początku określid ilośd
wychyleo tarczy aż do jej całkowitego zatrzymania i zaplanowad, co ile pełnych drgao warto wykonad
pomiary.
3. Pomiar logarytmicznego dekrementu tłumienia drgao tłumionych
Wykonad pomiary tak jak w punkcie 2, ale przy płynącym przez cewki prądzie hamującym Ih, notując
dodatkowo jego wartośd. Pomiary powtórzyd dla kilku różnych wartości prądów hamowania.
UWAGA!!! Nie wolno przekroczyd Ih > 1A gdyż może to doprowadzid do uszkodzenia przyrządu.
4. Cechowanie obrotów silniczka.
Potencjometry regulacyjne silniczka są zaopatrzone w skale. które należy wycechowad tak by znad
jego prędkośd kątową dla dowolnych nastawieo. Należy w tym celu zmierzyd czas określonej liczby
obrotów tarczy silniczka dla kilku różnych ustawieo potencjometrów oraz kilku prądów hamowania.
5. Pomiar krzywych rezonansowych drgao wymuszonych.
Ustalid określoną wartośd prądu hamowania. Obrócid ręcznie koło mimośrodowe tak, aby wskazówka
tarczy pokrywała się z zerową działką skali. Włączyd potencjometrem „GROβ'' zasilanie silniczka.
Potencjometr ustawid na pierwszej działce skali. Obserwowad kolejne amplitudy drgao. Gdy ruch
ustali się, zapisad amplitudę, zwiększyd obroty silnic7zka i powtarzad procedurę pomiarową aż do
uzyskania całej krzywej rezonansowej. Tam gdzie amplituda drgao rośnie szybko, punkty pomiarowe
należy zmierzyd gęściej tj. z mniejszym przyrostem częstości wymuszającej. Do precyzyjnej regulacji
1
obrotów silniczka służy potencjometr oznaczony jako ,,FEIN”. Pomiary wykonad przynajmniej dla
trzech wartości tłumienia.
III. Opracowanie wyników
Opracowanie wyników omówiono w kolejności stawianych zadao pomiarowych:
1. Należy obliczyd częstości własne dla różnych wychyleo początkowych. W obliczeniach błędów
należy przyjąd, że błąd okresu jednego drgania Jest błędem pomiaru czasu wynikającym z dokładności
stopera podzielonym przez ilośd zmierzonych drgao. We wnioskach należy dad odpowiedź na pytanie,
czy częstośd własna badanego układu zależy od amplitudy początkowej drgao.
2. Otrzymane wyniki należy wykreślid w liniowym układzie współrzędnych jako zależności amplitud
od czasu = f(t) dla różnych tłumieo. Wyznaczyd dekrement tłumienia. Nanieśd błędy pomiarowe i
przy ich pomocy określid błąd dekrementu tłumienia.
3. Dla różnych tłumieo wykreślid zależności amplitud drgao od czasu na tym samym co w punkcie 2
wykresie. Nanieśd błędy i określid dekrement tłumienia.
4. Sporządzid wykres cechowania silniczka w = f(dz) i nanieśd błędy. Dad odpowiedź na pytanie, czy
częstośd silniczka zależy od prądu hamowania Ih.
5. Sporządzid w jednym układzie współrzędnych wykresy = f( w) dla różnych wartości tłumienia.
Wyznaczyd z wykresów częstości rezonansowe oraz dobrod układu dla wszystkich otrzymanych
krzywych. Na wykresach nanieśd odpowiednie błędy
Literatura
[1] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz. l, § 47, PWN, Warszawa 1980:
[2] Sz. Szczeniowski, Fizyka doświadczalna, cz.3, § 78, PWN, Warszawa 1980:
[3] C. Kittel, W.D. Knight, M.A. Ruderman, Mechanika, PWN, Warszawa 1969;
[4] Z. Osioski, Teoria drgao, PWN, Warszawa 1980;
[5] I.W. Sawieliew, Kurs fizyki, t. l, PWN, Warszawa 1987
2