"Физика", Пурышева Н.С., Важеевская Н.Е.
Измерение времени помогает узнать, сколько длится событие или один цикл повторяющегося движения. В лабораторной работе для этого используют секундомер: его запускают в начале выбранного события и останавливают в конце. Чтобы найти период колебаний, измеряют несколько полных циклов и делят общее время на их число. Результат записывают в секундах, учитывая цену деления прибора и возможную задержку реакции человека.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Интервал времени — промежуток между двумя событиями. Его часто обозначают буквой t, а измеряют в секундах (с); более длинные интервалы можно выражать в минутах или часах. Это понятие нужно, чтобы точно указать, сколько длилось выбранное событие.
Секундомер — прибор для измерения промежутков времени. Его запускают в начале события, останавливают в конце, а результат считывают по шкале или дисплею. Секундомер помогает измерить длительность процесса, не определяя время суток.
Цена деления секундомера — время, соответствующее одному промежутку между соседними делениями шкалы. Чтобы её определить, разность значений двух подписанных отметок делят на число промежутков между ними. Цена деления показывает, насколько подробно прибор позволяет считывать результат.
Период колебаний — время одного полного колебания, например движения маятника туда и обратно. Если время нескольких полных колебаний разделить на их число, получится период T. Такой способ нужен, чтобы уменьшить влияние задержки реакции при измерении одного цикла.
Перед измерением сначала выбирают событие, которое будет началом, и событие, которое будет концом интервала. Например, можно засечь время от момента старта до пересечения финиша. Если начать отсчёт раньше или позже либо выбрать другой конец, измеряться будет уже иной промежуток. Поэтому договориться о событиях нужно до запуска секундомера.
Чтобы получить показание, в выбранный момент запускают секундомер, а в конце интервала останавливают его. Прибор отсчитывает время между этими действиями, но человек нажимает кнопку не мгновенно: реакция занимает некоторое время. Если запуск или остановка запоздали, результат изменится. Поэтому показание следует считать измеренным значением, а не абсолютно точным временем.
У колеблющегося тела один цикл заканчивается, когда тело возвращается к исходному состоянию и начинает повторять движение. Измерять только один цикл неудобно: задержка на нажатие кнопки может оказаться заметной по сравнению с коротким временем колебания. Если засечь несколько полных циклов, эта задержка приходится на всё общее время. При делении общего времени на число циклов её влияние на найденный период становится меньше.
Повторные измерения нужны потому, что из-за реакции наблюдателя показания могут немного различаться. Запиши результаты и сравни их: так можно заметить случайное расхождение или ошибку в подсчёте циклов. Результат записывают вместе с единицей времени, например 12 с. При чтении шкалы учитывают цену деления, а при оценке точности — также возможную задержку реакции.
Сопоставляй, что именно требуется измерить, с подходящим способом и учитывай возможные ограничения. В таблице собраны основные случаи этой работы. Она поможет проверить, верно ли выбраны число циклов, вычисление и единица результата.
| Что измеряют | Чем или как измеряют | Как получают результат | Что учитывать |
|---|---|---|---|
| Промежуток времени между событиями | Секундомером | Запускают в начале и останавливают в конце интервала | Какие события выбраны; реакцию человека и цену деления |
| Время нескольких колебаний | Секундомером | Засекают несколько полных циклов | Точно считать только полные колебания |
| Период одного колебания | Расчётом по времени нескольких колебаний | Общее время делят на число циклов: T = t / N | Указать период в секундах |
| Возможные источники погрешности | Повторными измерениями и проверкой шкалы | Сравнивают показания и оценивают их разброс | Задержку реакции и ограниченную точность прибора |
Задача 1. Секундомер показывает 8 с. Между соседними подписанными отметками 2 с и 10 делений. Определим, сколько времени соответствует одному делению. Здесь нужно учитывать не общее показание секундомера, а расстояние между отметками шкалы и число промежутков.
Ответ: цена деления равна 0,8 с.
Задача 2. За 20 полных колебаний маятника секундомер показал 32 с. Требуется найти период одного колебания. Секундомер измерил время всех циклов вместе, поэтому его нельзя считать периодом без дополнительного вычисления. Разделим общую длительность на число полных колебаний.
Ответ: период маятника равен 1,6 с.
Задача 3. Трижды измерили время 10 колебаний и получили 15,8 с, 16,2 с и 16,0 с. Нужно оценить среднее время десяти колебаний и период. Показания отличаются, поэтому сначала усредним измерения, а уже затем найдём время одного цикла. Такой порядок не позволяет принять за период время всех десяти колебаний.
Ответ: среднее время десяти колебаний — 16,0 с, период — 1,6 с.
Периодом иногда называют время сразу нескольких колебаний. Так ошибаются, потому что секундомер показывает общую длительность серии циклов. Проверь себя: период относится к одному полному циклу, значит общее время нужно разделить на число циклов.
Ещё одна ошибка — делить время на неверно посчитанное число колебаний или включать в подсчёт неполный цикл. Это может произойти, если не договориться заранее, какое положение тела считать начальным. Проверка простая: учитывай только законченные циклы, в которых тело вернулось к исходному состоянию.
Запись числа без единицы, например 1,6 вместо 1,6 с, не задаёт измеренный интервал времени. Иногда единицу опускают, потому что она кажется очевидной из условия задачи. Проверь каждую запись: рядом с результатом должна стоять единица времени, подходящая к вычислению.
Показание секундомера не всегда является абсолютно точным, хотя на экране может быть много цифр. Такой вывод неверен, потому что влияют цена деления прибора и задержка реакции при запуске и остановке. Проверь себя: учитывай устройство секундомера и сравни несколько повторных измерений.
Для работы нужно знать единицы времени и уметь переводить минуты в секунды: в одной минуте 60 секунд. Перевод помогает сопоставлять интервалы, записанные в разных единицах, и правильно выполнять вычисления. Перед подстановкой значений полезно привести их к одной единице.
Измерение интервалов пригодится при изучении движения: чтобы находить скорость, сравнивают пройденный путь и время движения. Измерение периода также помогает описывать процессы, которые повторяются, например колебания. Поэтому навык работы с секундомером понадобится и в других разделах физики.
Чем секундомер отличается от часов?
Часы показывают текущее время, а секундомер измеряет промежуток между началом и концом события. Его можно запустить и остановить в выбранные моменты. Некоторые часы тоже имеют режим секундомера.
Как определить цену деления секундомера?
Найди две соседние подписанные отметки шкалы и вычисли разность их значений. Раздели эту разность на число промежутков между отметками. Полученное значение — время одного деления.
Почему время нескольких колебаний измерять удобнее, чем одного?
При измерении одного колебания задержка реакции человека может составить заметную часть всего времени. За несколько колебаний эта задержка меньше влияет на результат в расчёте на один цикл. Поэтому измеренное общее время делят на число колебаний.
Как найти период колебаний по времени нескольких циклов?
Нужно измерить время нескольких полных колебаний и разделить его на их число. Если 20 колебаний заняли 32 с, то период равен 32 с ÷ 20 = 1,6 с. Период записывают в секундах.
Почему повторные измерения могут давать разные результаты?
Человек может запускать или останавливать секундомер с небольшой задержкой. Кроме того, показания ограничены точностью шкалы прибора. Несколько измерений позволяют увидеть разброс результатов и оценить среднее значение.
Лабораторная работа № 3 Измерение времени
