Mehhaanika
Pendel
Jälgi, kuidas pendli raskus all kiireneb ja iga võnkumise tipus hetkeks peatub.
Pendel — interaktiivne Mehhaanika simulatsioon. Jälgi, kuidas pendli raskus all kiireneb ja iga võnkumise tipus hetkeks peatub. Tasuta veebilehitseja virtuaalne füüsikalabor elavate SI mõõtmiste ja juhendatud õpetusega.
Harmooniline võnkumine
Pendel võngub edasi-tagasi, sest gravitatsioon annab tasakaalu poole suunatud tagasisihutava jõu. Väikeste nurkade korral on liikumine ligikaudu lihtsalt harmooniline.
Kui raskus on nihutatud, tõmbab gravitatsiooni komponent kaare pidi ta tagasi madalaima punktini. See tagasisihutav jõud paneb raskuse võnkuma — all kiireneb, pöördepunktides aeglustub, kordudes korrapäraselt.
- T ≈ 2π√(L/g) (väikesed nurgad)
- Tagasisihutav jõud ∝ nihe (väike θ)
Uurimise kokkuvõte
Planeeri küsimus enne labori avamist
Kokkuvõte peegeldab eelrenderdatud lehte: juhtküsimus, konkureerivad ennustused, muutujate rollid, juhtivad seadused, seadistus, analüüs ja laiendusärgitused jäävad nähtavale ja selles järjekorras.
Juhtküsimus
Kui pendli pikkuse kahekordistad, mis juhtub tema perioodiga? Kas raskuse raskemaks tegemine muudab perioodi üldse?
Kaalutavad ennustused
- Pikemal pendlil on pikem periood (võngub aeglasemalt); massil pole mõju.
- Pikemal pendlil on lühem periood (võngub kiiremini).
- Raskem raskus võngub aeglasemalt, niidi pikkusest sõltumata.
Muutujate rollid
Mida sina sead:
- Mass (kg)
- Niidi pikkus (m)
- Vabastusnurk (°)
Mida sa mõõdad:
- Periood (s)
- Maksimumkiirus (m/s)
Kuidas uurimustöö käib
- Ava pendli eelseadistus mehaanika liivakastis.
- Kinnita, et raskusel olev kiiruse sond on elav Matemaatika paneelis — sa loed tema tippväärtuse iga võnke põhjas.
- Sea igas reas raskuse mass, niidi pikkus ja vabastusnurk püstisest, siis vabasta raskus ja lase tal võnguda.
Juhtiv võrrand
Pendli periood (väikenurkne) — T = 2π·√(L / g)
Väikeste vabastusnurkade korral sõltub lihtpendli periood ainult tema pikkusest ja gravitatsioonist — mitte raskuse massist ega vabastuskaugusest.
Gravitatsiooniline potentsiaalne energia — PE = m·g·h
Kõrgus, mille raskus vabastuspunktist võnke põhja langeb, h = L(1 − cos θ₀), määrab, kui palju potentsiaalset energiat kineetiliseks muutub — ja seega kui kiiresti raskus põhjas liigub.
Mida prinditav tööleht õpilastelt välja küsib
- Arvuta ühe rea jaoks raskuse maksimumkiirus võnke põhjas energia jäävust kasutades (½mv² = mgh, kus h = L(1 − cos θ₀)) ja võrdle seda elava kiiruse sondi näiduga. Kas nad kattuvad?
- Vaata perioodi veergu üle kõigi kolme rea. Kas see sõltub raskuse massist? Kasuta valemit, et selgitada, miks või miks mitte.
Kus see laborist kaugemale ilmneb
- Perioodi valem T = 2π√(L/g) eeldab väikseid vabastusnurki. Ennusta, mis juhtub päris perioodiga, kui vabastusnurk kasvab üle 30° — kas liivakasti mõõdetud periood ikka vastaks valemile?
- Võnke põhjas liigub pendel kõige kiiremini. Kuhu läks tema algne gravitatsiooniline potentsiaalne energia ja miks kogusumma jääb paljude võnkumiste jooksul (peaaegu) konstantseks?
- 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
- Tere tulemast pendli juurde
- Vali raskus
- Vajuta Esita
- Edasi-tagasi
- Ava andmed
- Said hakkama!
Ava interaktiivne simulatsioon, et stseen ehitada, Esita vajutada ja uurida elavate mõõtmiste ning juhendatud õpetusega.