Jednostavno njihalo
1 · Predviđanje
Ako udvostručiš duljinu njihala, što se događa s periodom? Mijenja li uopće teži uteg period?
- Duže njihalo ima dulji period (njiše se sporije); masa nema učinka.
- Duže njihalo ima kraći period (njiše se brže).
- Teži uteg njiše se sporije, bez obzira na duljinu užeta.
2 · Postava
- Otvori postav Njihalo u sandboxu mehanike.
- Potvrdi da je sonda brzine na utegu aktivna u ploči Matematika — očitavat ćeš njezinu vršnu vrijednost na dnu svakog njihaja.
- Za svaki redak postavi masu utega, duljinu užeta i kut puštanja od vertikale, a zatim pusti uteg i pusti ga da se njiše.
3 · Prikupljanje podataka
| Masa (kg) | Duljina užeta (m) | Kut puštanja (°) | Period (s) | Maksimalna brzina (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | 15.00 | ||
| 1.00 | 1.50 | 20.00 | ||
| 1.00 | 2.00 | 10.00 |
Nacrtaj period (s) naspram duljine užeta (m) za svoja tri retka. Je li odnos pravac?
4 · Analiza
- Za jedan redak izračunaj maksimalnu brzinu utega na dnu njihaja koristeći očuvanje energije (½mv² = mgh, uz h = L(1 − cos θ₀)) i usporedi sa svojim očitanjem sonde brzine uživo. Slažu li se?
- Pogledaj stupac perioda kroz sva tri retka. Ovisi li o masi utega? Koristi formulu za objašnjenje.
5 · Proširenje
- Formula perioda T = 2π√(L/g) pretpostavlja male kutove puštanja. Predvidi što se događa sa stvarnim periodom kako kut puštanja raste preko 30° — bi li izmjereni period sandboxa i dalje odgovarao formuli?
- Na dnu njihaja njihalo se giba najbrže. Gdje je otišla njegova početna gravitacijska potencijalna energija i zašto ukupna ostaje (gotovo) stalna kroz mnogo njihanja?
Fizika iza ovog pokusa
Period njihala (mali kutovi)
Za male kutove puštanja, period jednostavnog njihala ovisi samo o duljini i gravitaciji — ne o masi utega niti o visini puštanja.
Gravitacijska potencijalna energija
Visina s koje uteg pada od točke puštanja do dna njihaja, h = L(1 − cos θ₀), određuje koliko se potencijalne energije pretvara u kinetičku — i time koliko brzo se uteg giba na dnu.
Mehanika
- Gibanje projektila i kinetička energija
- Loptica na kosini: energija na kosini bez trenja
- Blok na kosini s trenjem: traženje praga trenja mirovanja
- Granična brzina: pad kroz otpor zraka
- Laboratorij sila: drugi Newtonov zakon
- Suprotstavljene sile: drugi Newtonov zakon i količina gibanja
- Odbijajuća loptica: gubitak energije pri udaru
- Elastični sudari i očuvanje količine gibanja
- Neelastični sudar i očuvanje količine gibanja
- Newtonovo njihalo: prijenos količine gibanja i energije
- Masa na opruzi: jednostavno harmoničko gibanje
- Jednoliko kružno gibanje i centripetalna sila