Для розрахунку похибки вимірювання амплітуди згасаючих коливань камертону можна використовувати формулу, яка враховує експоненціальне згасання амплітуди та визначає похибку вимірювань. Основна формула виглядає так:

$A(t) = A_0 e^{-\alpha t} \cos(\omega t + \phi)$

де:

• $A(t)$ — амплітуда коливань в момент часу $t$,
• $A_0$ — початкова амплітуда,
• $\alpha$ — коефіцієнт згасання,
• $\omega$ — кутова частота,
• $\phi$ — початкова фаза.

Похибка вимірювання для амплітуди згасаючих коливань

Для розрахунку похибки вимірювання амплітуди $\Delta A(t)$, враховується похибка в кожному параметрі, а саме: похибка вимірювання початкової амплітуди $\Delta A_0$, коефіцієнта згасання $\Delta \alpha$, часу $\Delta t$, частоти $\Delta \omega$ і початкової фази $\Delta \phi$.

Загальна похибка амплітуди $\Delta A(t)$ може бути розрахована за формулою:

$\Delta A(t) = \sqrt{\left( \frac{\partial A}{\partial A_0} \Delta A_0 \right)^2 + \left( \frac{\partial A}{\partial \alpha} \Delta \alpha \right)^2 + \left( \frac{\partial A}{\partial t} \Delta t \right)^2 + \left( \frac{\partial A}{\partial \omega} \Delta \omega \right)^2 + \left( \frac{\partial A}{\partial \phi} \Delta \phi \right)^2 }$

Для кожної часткової похідної розраховуємо її значення, підставляючи у формулу значення змінних.

1. Похибка початкової амплітуди $\frac{\partial A}{\partial A_0} = e^{-\alpha t} \cos(\omega t + \phi)$,
2. Похибка коефіцієнта згасання $\frac{\partial A}{\partial \alpha} = -A_0 t e^{-\alpha t} \cos(\omega t + \phi)$,
3. Похибка часу $\frac{\partial A}{\partial t} = -\alpha A_0 e^{-\alpha t} \cos(\omega t + \phi) - A_0 e^{-\alpha t} \sin(\omega t + \phi) \cdot \omega$,
4. Похибка частоти $\frac{\partial A}{\partial \omega} = -A_0 e^{-\alpha t} t \sin(\omega t + \phi)$,
5. Похибка початкової фази $\frac{\partial A}{\partial \phi} = -A_0 e^{-\alpha t} \sin(\omega t + \phi)$.

Кроки для визначення загальної похибки

1. Обчисліть кожну часткову похідну.
2. Підставте відомі значення похибок параметрів $\Delta A_0$, $\Delta \alpha$, $\Delta t$, $\Delta \omega$, $\Delta \phi$.
3. Знайдіть загальну похибку амплітуди $\Delta A(t)$ шляхом обчислення підсумкової квадратурної суми.

Таким чином, ця формула дозволяє визначити сумарну похибку вимірювань амплітуди згасаючих коливань камертону з урахуванням похибок кожного окремого параметра.

Чи хотіли б ви отримати детальніше пояснення з прикладом розрахунку?

Додаткові питання для розширення теми:

1. Як впливає коефіцієнт згасання на загальну похибку вимірювання?
2. Чому важливо враховувати всі часткові похибки при обчисленні сумарної похибки?
3. Які методи мінімізації похибки можна застосувати для точніших вимірювань коливань?
4. Як змінюється амплітуда коливань із часом для камертону із різними значеннями згасання?
5. Яка похибка є домінуючою при високій частоті коливань?

Порада:

Для зменшення впливу похибки вимірювань часто використовують осереднення результатів із кількох повторних вимірювань.