Mekaniikka
Massa jousessa
Katso massan värähtelevän ylös ja alas tasaisessa värähtelyliikkeessä.
Massa jousessa – interaktiivinen Mekaniikka-simulaatio. Katso massan värähtelevän ylös ja alas tasaisessa värähtelyliikkeessä. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Jousivärähtely
Jousessa oleva massa värähtelee, koska jousi kohdistaa palauttavan voiman, joka on verrannollinen poikkeamaan (Hookeen laki).
Venytettynä tai puristettuna jousi vetää massaa takaisin kohti tasapainoa. Energia vaihtuu jousen potentiaalienergian ja liike-energian välillä tuottaen tasaista värähtelyliikettä.
- F = −kx
- T ≈ 2π√(m/k)
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Jos kaksinkertaistat joukseen roikkuvan massan, kaksinkertaistuuko värähtelyn jaksonaika?
Punniteltavat ennusteet
- Jaksonaika kaksinkertaistuu.
- Jaksonaika pysyy samana.
- Jaksonaika kasvaa, mutta vähemmän kuin kaksinkertaiseksi.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Massa (kg)
- Jousivakio (N/m)
Mitä mittaat:
- Jaksonaika (s)
- Tasapainovenymä (m)
Miten tutkimus etenee
- Avaa Massa jousessa -esiasetuksen mekaniikkamoduulissa. Pallo (kuula) roikkuu sen yläpuolelle ankkuroituneesta jouesta.
- Kirjaa kuulaan jo kiinnitetty nopeusanturi – se raportoi kuulan hetkellisen nopeuden sen värähtiessä.
- Jokaiselle riville aseta kuulan massa ja jousen jousivakio, vedä kuulaa hieman alas, vapauta se ja anna sen värähdellä ja asettua.
Hallitseva yhtälö
Jousen jaksonaika (tasainen värähtely) — T = 2π·√(m / k)
Ideaalisessa joussessa värähtelevälle massalle jaksonaika riippuu vain massasta ja jousivakiosta – ei amplitudista eikä painovoimasta.
Liike-energia tasapainossa — KE = ½·m·v²
Kuulan nopeus on suurin, kun se kulkee tasapainopisteen läpi; lue se huippunopeus anturista löytääksesi sen liike-energian siellä.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Käyttäen kaavaa T = 2π√(m/k) laske jaksonaika jokaiselle riville ja vertaa sitä hiekkalaatikossa ajoittamaasi arvoon.
- Rivien 1 ja 3 massat ovat suhteessa 1:4. Kuinka monella kertoimella jaksonaika muuttui? Vastaako se arvoa √4 = 2?
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Jos lisäisit jousivakiota k massan sijaan, kasvaisiko vai laskisiko jaksonaika? Hahmottele odottamasi trendi.
- Kuula roikkuu näkyvästi alempana painovoiman vaikutuksesta (tasapainovenymä = mg/k), silti painovoima g ei ilmesty kaavaan T = 2π√(m/k). Selitä, miksi jaksonaika ei riipu painovoimasta, vaikka tasapainoasento riippuu.
- 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
- Tervetuloa massa jousessa -kokeeseen
- Valitse kuula
- Paina Toista
- Ylös ja alas
- Avaa data
- Onnistuit!
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →