Механика
Махало
Гледай как махалото ускорява в най-ниската точка и спира за миг в горния край на всяко люлеене.
Махало — интерактивна симулация Механика. Гледай как махалото ускорява в най-ниската точка и спира за миг в горния край на всяко люлеене. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Хармонично колебание
Махалото се люлее напред-назад, защото гравитацията осигурява възстановяваща сила към равновесието. При малки ъгли движението е приблизително хармонично.
Когато тежестта е отклонена, компонентата на гравитацията по дъгата я дърпа обратно към най-ниската точка. Тази възстановяваща сила кара тежестта да осцилира — ускорява долу, забавя в крайните точки и повтаря в правилен цикъл.
- T ≈ 2π√(L/g) (малки ъгли)
- Възстановяваща сила ∝ отклонение (малко θ)
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
Ако удвоиш дължината на махалото, какво става с периода му? Променя ли изобщо по-тежката тежест периода?
Предсказвания за преценка
- По-дълго махало има по-дълъг период (люлее се напред-назад по-бавно); масата няма ефект.
- По-дълго махало има по-кратък период (люлее се напред-назад по-бързо).
- По-тежка тежест се люлее по-бавно, независимо от дължината на въжето.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Маса (kg)
- Дължина на въжето (m)
- Ъгъл на пускане (°)
Какво измерваш:
- Период (s)
- Максимална скорост (m/s)
Как протича изследването
- Отвори настройката махало в механичния пясъчник.
- Провери, че сензорът за скорост на тежестта е на живо в панела Математика — ще четеш пиковата му стойност в дъното на всяко люлеене.
- За всеки ред задай масата на тежестта, дължината на въжето и ъгъла на пускане от вертикала, после пусни тежестта и остави да се люлее.
Управляващо уравнение
Период на махало (малки ъгли) — T = 2π·√(L / g)
При малки ъгли на пускане периодът на просто махало зависи само от дължината му и гравитацията — не от масата на тежестта или от това колко високо е пуснато.
Гравитационна потенциална енергия — PE = m·g·h
Височината, от която тежестта пада от точката на пускане до дъното на люлеенето, h = L(1 − cos θ₀), задава колко потенциална енергия се превръща в кинетична — а оттам и колко бързо се движи тежестта в дъното.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За един ред изчисли максималната скорост на тежестта в дъното на люлеенето със запазване на енергията (½mv² = mgh, с h = L(1 − cos θ₀)) и сравни с живото показание на сензора. Съгласуват ли се?
- Погледни колоната период във всичките три реда. Зависи ли от масата на тежестта? Ползвай формулата, за да обясниш защо или защо не.
Къде това се появява извън лабораторията
- Формулата за периода T = 2π√(L/g) предполага малки ъгли на пускане. Предкажи какво става с реалния период, когато ъгълът на пускане надхвърли 30° — щеше ли измереният в пясъчника период още да съответства на формулата?
- В дъното на люлеенето махалото се движи най-бързо. Къде отиде началната му гравитационна потенциална енергия и защо пълната остава (почти) постоянна през много люлеения?
- 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
- Добре дошъл при махалото
- Избери тежестта
- Натисни Пусни
- Напред-назад
- Отвори данните
- Справи се!
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →