الميكانيكا
كتلة على زنبرك
راقب الكتلة تصعد وتهبط في حركة توافقية بسيطة.
كتلة على زنبرك — محاكاة الميكانيكا تفاعلية. راقب الكتلة تصعد وتهبط في حركة توافقية بسيطة. مختبر فيزياء افتراضي مجاني يعمل في المتصفح مع قياسات حية بوحدات النظام الدولي وشرح موجّه.
تذبذب الزنبرك
كتلة على زنبرك تتذبذب لأن الزنبرك يبذل قوة استرداد تتناسب مع الإزاحة (قانون هوك).
حين يُمد أو يُضغط، يسحب الزنبرك الكتلة راجعة نحو الاتزان. تتبادل الطاقة بين طاقة الزنبرك الكامنة والطاقة الحركية، منتجةً حركة توافقية بسيطة.
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
موجز التحقيق
خطط للسؤال قبل فتح المختبر
تعكس المقدمة الصفحة المُصيّرة مسبقًا: سؤال القيادة، والتوقعات المتنافسة، وأدوار المتغيرات، والقوانين الحاكمة، والتجهيز، والتحليل، وأسئلة التوسع تبقى مرئية وبهذا الترتيب.
السؤال القائد
إذا ضاعفت الكتلة المعلقة بالزنبرك، فهل يتضاعف زمن التذبذب؟
توقعات للموازنة
- يتضاعف الزمن.
- يبقى الزمن كما هو.
- يزيد الزمن، لكن بأقل من الضعف.
أدوار المتغيرات
ما تضبطه:
- الكتلة (kg)
- ثابت الزنبرك (N/m)
ما تقيسه:
- الزمن الدوري (s)
- استطالة الاتزان (m)
كيف يجري التحقيق
- افتح تجربة الكتلة على الزنبرك في وحدة الميكانيكا. كرة (الثقل) معلقة بزنبرك مثبت فوقها.
- لاحظ مسبر السرعة المثبت على الثقل أصلًا — يعرض سرعته اللحظية أثناء تذبذبه.
- لكل صف، اضبط كتلة الثقل وصلابة الزنبرك، واسحب الثقل إلى الأسفل قليلًا وأفلته ودعه يتذبذب ويستقر.
المعادلة الحاكمة
زمن الزنبرك (حركة توافقية) — T = 2π·√(m / k)
لكتلة تتذبذب على زنبرك مثالي يعتمد الزمن على الكتلة وثابت الزنبرك فقط — لا على السعة ولا على الجاذبية.
الطاقة الحركية عند الاتزان — KE = ½·m·v²
تكون سرعة الثقل أعظم ما تكون عند مروره بنقطة الاتزان؛ اقرأ تلك السرعة العظمى من المسبر لإيجاد طاقته الحركية هناك.
ما يطلب من الطلاب استخراجه في ورقة العمل القابلة للطباعة
- باستخدام T = 2π√(m/k)، احسب الزمن لكل صف وقارنه بالقيمة التي قستها بالمؤقت في الصندوق.
- كتلتا الصفين 1 و3 بنسبة 1:4. بكم عامل تغير الزمن؟ هل يطابق ذلك √4 = 2؟
أين يظهر هذا خارج المختبر
- لو زدت ثابت الزنبرك k بدلًا من الكتلة، فهل يزيد الزمن أم ينقص؟ ارسم تخمينًا للتوجه المتوقع.
- يظهر الثقل معلقًا أخفض تحت الجاذبية (استطالة الاتزان = mg/k)، ومع ذلك لا تظهر الجاذبية g في T = 2π√(m/k). اشرح لماذا لا تتأثر الفترة بالجاذبية رغم أن موضع الاتزان يتأثر بها.
- AP Physics 1 — Unit 7: Oscillations
- AP Physics C: Mechanics — Unit 7: Oscillations
- IB Physics — A.1 Kinematics
- IB Physics — C.1 Simple harmonic motion
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
- أهلًا بك في الكتلة على الزنبرك
- حدد الثقل
- اضغط تشغيل
- صعودًا وهبوطًا
- افتح البيانات
- أحسنت!
افتح المحاكاة التفاعلية لبناء المشهد، واضغط تشغيل، واستكشف بقياسات حية وشرح موجّه.