Pracownia: okres wahadła, sprężyny i rezonans

Potrzebne wiadomości: Okres, częstotliwość, prawo Hooke’a i małe drgania.

Wahadło

Zawieś niewielki miękki ciężarek na lekkiej nici, na stabilnym statywie nad blatem. Nauczyciel sprawdza mocowanie i usuwa przedmioty z toru. Długość mierz od osi zawieszenia do środka masy ciężarka. Wychyl o mały kąt i puść bez pchnięcia. Mierz czas dziesięciu pełnych drgań, licząc powroty do tej samej fazy; powtórz serię.

Zmień długość, pozostawiając małe kąty. Sporządź wykres T² od l. Model przewiduje prostą o nachyleniu 4\pi^2/g. W osobnej serii porównaj małe amplitudy; nie mieszaj wpływu długości z amplitudą. Z nachylenia można oszacować g, kontrolując opory i niepewność długości.

Sprężyna i wymuszenie

Użyj lekkiej sprężyny i małych zabezpieczonych obciążeń, nie przekraczając zakresu sprężystości. Wyznacz k ze statycznego wykresu F(x), potem zmierz okresy przy różnych masach. Wykres T²(m) powinien być bliski prostemu; niezerowy wyraz wolny może ujawniać efektywną masę sprężyny lub uchwytu.

Rezonans pokazuje gotowy model dwóch słabo sprzężonych wahadeł albo łagodnie wymuszany oscylator. Zmieniaj częstotliwość, utrzymując małą siłę i bezpieczną amplitudę. Maksymalna odpowiedź zależy od tłumienia i wielkości, którą obserwujesz. Nie zwiększaj ruchu bez ograniczeń. Rozróżnij pomiar swobodnego okresu od częstotliwości wymuszania; są to powiązane, ale nie zawsze identyczne liczby.

Zadania do tego tematu

• Okres z trzech serii po dziesięć drgań
• Przyspieszenie ziemskie z nachylenia wykresu
• Cztery razy większa masa na tej samej sprężynie

Dalsza lektura

Materiał referencyjny