Mechanik
Masse an Feder
Beobachte die Masse in harmonischer Schwingung auf und ab.
Masse an Feder — interaktive Mechanik-Simulation. Beobachte die Masse in harmonischer Schwingung auf und ab. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Federschwingung
Eine Masse an einer Feder schwingt, weil die Feder eine Rückstellkraft proportional zur Auslenkung ausübt (Hookesches Gesetz).
Wird sie gedehnt oder komprimiert, zieht die Feder die Masse zurück Richtung Gleichgewicht. Energie tauscht sich zwischen Federpotentialenergie und kinetischer Energie aus und erzeugt eine harmonische Schwingung.
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Wenn man die an der Feder hängende Masse verdoppelt, verdoppelt sich dann auch die Schwingungsdauer?
Vorhersagen zum Abwägen
- Die Periode verdoppelt sich.
- Der Zeitraum bleibt gleich.
- Der Zeitraum verlängert sich, jedoch um weniger als das Doppelte.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Messe (kg)
- Federkonstante (N/m)
Was Sie messen:
- Zeitraum (s)
- Gleichgewichtserweiterung (m)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „Masse auf Feder“ im Modul „Mechanik“. Eine Kugel (der Pendelkörper) hängt an einer darüber verankerten Feder.
- Beachten Sie die Geschwindigkeitssonde, die bereits am Pendelkörper angebracht ist – sie meldet die momentane Geschwindigkeit des Pendelkörpers, während er schwingt.
- Stellen Sie für jede Reihe die Masse des Pendelkörpers und die Steifigkeit der Feder ein, ziehen Sie den Pendelkörper leicht nach unten, lassen Sie ihn los und lassen Sie ihn schwingen und zur Ruhe kommen.
Maßgebende Gleichung
Frühlingsperiode (SHM) — T = 2π·√(m / k)
Bei einer Masse, die auf einer idealen Feder schwingt, hängt die Periode nur von der Masse und der Federkonstanten ab – nicht von der Amplitude oder der Schwerkraft.
Kinetische Energie im Gleichgewicht — KE = ½·m·v²
Die Geschwindigkeit des Bobs ist am größten, wenn er den Gleichgewichtspunkt passiert; Lesen Sie die Spitzengeschwindigkeit der Sonde ab, um dort ihre kinetische Energie zu ermitteln.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie mit T = 2π√(m/k) den Zeitraum für jede Zeile und vergleichen Sie ihn mit dem Wert, den Sie in der Sandbox gemessen haben.
- Die Zeilen 1 und 3 haben Massen im Verhältnis 1:4 . Durch welchen Faktor hat sich der Zeitraum verändert? Passt das zu √4 = 2?
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Würde sich die Periode vergrößern oder verkleinern, wenn man statt der Masse die Federkonstante k erhöhen würde? Skizzieren Sie den Trend, den Sie erwarten würden.
- Der Pendelkörper hängt unter der Schwerkraft sichtbar tiefer (Gleichgewichtsausdehnung = mg/k), doch die Schwerkraft g erscheint in T = 2π√(m/k) nicht. Erklären Sie, warum die Periode trotz der Gleichgewichtslage von der Schwerkraft nicht beeinflusst wird.
- 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
- Willkommen bei Masse an Feder
- Pendelkörper auswählen
- Abspielen drücken
- Auf und ab
- Daten öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.