Pendulum Sederhana
1 · Memprediksi
Jika panjang pendulum digandakan, apa yang terjadi dengan periodenya? Apakah memperberat bob akan mengubah periodenya?
- Pendulum yang lebih panjang mempunyai periode yang lebih panjang (berayun maju mundur lebih lambat); massa tidak berpengaruh.
- Bandul yang lebih panjang mempunyai periode yang lebih pendek (berayun maju mundur lebih cepat).
- Bob yang lebih berat berayun lebih lambat, berapa pun panjang talinya.
2 · Pengaturan
- Buka preset Pendulum di kotak pasir mekanik.
- Konfirmasikan pemeriksaan kecepatan pada bob aktif di panel Matematika — Anda akan membaca nilai puncaknya di bagian bawah setiap ayunan.
- Untuk setiap baris, atur massa bob, panjang tali, dan sudut pelepasan dari vertikal, lalu lepaskan bob dan biarkan berayun.
3 · Kumpulkan Data
| Massa (kg) | Panjang Tali (m) | Sudut Rilis (°) | Titik (s) | Kecepatan Maks (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | 15.00 | ||
| 1.00 | 1.50 | 20.00 | ||
| 1.00 | 2.00 | 10.00 |
Grafik periode (s) vs. panjang tali (m) untuk tiga baris Anda. Apakah hubungannya garis lurus?
4 · Analisis
- Untuk satu baris, hitung kecepatan maksimum bob di bagian bawah ayunan menggunakan konservasi energi (½mv² = mgh, dengan h = L(1 − cos θ₀)) dan bandingkan dengan pembacaan probe kecepatan langsung Anda. Apakah mereka setuju?
- Lihatlah kolom periode di ketiga baris. Apakah itu bergantung pada massa bob? Gunakan rumus untuk menjelaskan mengapa atau mengapa tidak.
5 · Perluas
- Rumus periode T = 2π√(L/g) mengasumsikan sudut pelepasan kecil. Prediksikan apa yang terjadi pada periode nyata ketika sudut pelepasan melampaui 30°— apakah periode yang diukur di kotak pasir masih sesuai dengan rumus?
- Di bagian bawah ayunan, pendulum bergerak paling cepat. Ke mana perginya energi potensial gravitasi awalnya, dan mengapa totalnya tetap (hampir) konstan dalam banyak ayunan?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Periode Pendulum (Sudut Kecil)
Untuk sudut pelepasan yang kecil, periode pendulum sederhana hanya bergantung pada panjang dan gravitasinya — bukan pada massa benda atau seberapa jauh pendulum dilepaskan.
Energi Potensial Gravitasi
Ketinggian yang dijatuhkan bob dari titik pelepasannya ke dasar ayunan, h = L(1 − cos θ₀), menentukan berapa banyak energi potensial yang diubah menjadi energi kinetik — dan juga seberapa cepat bob bergerak di bagian bawah.